Exemples de tensioactifs anioniques. Substances tensioactives (tensioactifs). Définition, composition, classification et champ d'application. Structure chimique des tensioactifs

Chimiquement, il s'agit d'un groupe de substances complètement diversifié, mais le point commun est le suivant : si au moins deux substances ne se dissolvent pas l'une dans l'autre, comme l'huile et l'eau, alors l'ajout d'un tensioactif les mélange et forme un liquide homogène. . Ceci est très clairement visible dans le cas du lavage de la vaisselle : la graisse à la surface des assiettes est très visible et perceptible, mais l'eau, notamment l'eau froide, coule sur la graisse, pratiquement sans la laver. Dès que vous versez au moins un peu de détergent sur une assiette contenant des tensioactifs et que vous l'appliquez uniformément, l'eau s'écoulera immédiatement, emportant avec elle la graisse restante. La graisse, comme l’huile, ne se dissout pas dans l’eau et l’application d’un tensioactif a simplement aidé l’huile à se mélanger à l’eau, créant un effet de « dissolution ». En fait, l’huile présente sur la plaque s’est transformée d’une couche uniforme à la surface en milliers de minuscules gouttelettes d’huile entourées d’une couche de tensioactifs, que l’eau a facilement emportées avec elle depuis la surface de la plaque.

Une molécule tensioactive comporte deux parties distinctes : une tête et une queue. La tête de la molécule tensioactive est hydrophile – aimant l'eau, et la queue est lipophile (aimant l'huile) et hydrophobe (peur de l'eau). Lorsqu'une telle molécule pénètre dans l'eau avec des gouttes d'huile, la queue du tensioactif tente de sortir de l'eau et se situe soit dans l'huile, soit dans l'air, tandis que la tête, au contraire, se situe dans l'eau. Ainsi, la molécule se dépose à l’interface entre l’eau et l’huile et crée une émulsion.

Types de tensioactifs

Selon leur nature chimique, on les distingue : tensioactifs anioniques, cationiques, amphotères et non ioniques (non ioniques).

Tensioactifs anioniques

Tensioactifs anioniques (à tête chargée négativement)- les composants détergents les plus utilisés en cosmétique. Ils sont peu coûteux, faciles à fabriquer et se nettoient bien. De plus, ils s'enlèvent facilement des cheveux sans former de films ni de dépôts. Leur effet nettoyant est le même dans l’eau froide et chaude. Le principal inconvénient des tensioactifs anioniques est qu’ils peuvent irriter la peau. Pour réduire l'irritation, d'autres groupes de tensioactifs sont souvent ajoutés aux formulations.
Les tensioactifs anioniques sont les principaux composants détergents des shampooings ; pour obtenir un effet émulsifiant, ils sont ajoutés aux colorants.

Tensioactifs cationiques

Tensioactifs cationiques (à tête chargée positivement)- des détergents plus faibles que les anioniques et qui moussent mal. Cependant, les tensioactifs cationiques fonctionnent bien comme revitalisants capillaires, donnant douceur et maniabilité aux cheveux. Ils sont capables d'éliminer les charges négatives des cheveux, procurant ainsi un effet antistatique. Les tensioactifs cationiques « alourdissent » les cheveux, les rendent plus faciles à coiffer, les rendent plus faciles à coiffer et à coiffer.

Étant donné que les tensioactifs cationiques ont une charge opposée aux tensioactifs anioniques, ils n’ont pas été mélangés auparavant. Il est désormais possible de les combiner dans une seule bouteille, grâce à laquelle les tensioactifs cationiques adoucissent l'effet agressif des shampooings et, lorsqu'ils sont utilisés comme après-shampoing, ils peuvent neutraliser l'effet agressif.
Les tensioactifs cationiques se retrouvent le plus souvent dans les après-shampooings et les masques capillaires, ainsi que dans les shampoings pour cheveux colorés et les shampoings 2 en 1. On les retrouve également dans les shampoings pour enfants « sans larmes », car ils ne provoquent pas d’irritation des yeux.

Tensioactifs amphotères

Tensioactifs amphotères peut contenir un groupe positif ou négatif en fonction du pH. De plus, ils peuvent se comporter comme des tensioactifs cationiques à des valeurs de pH plus faibles et des tensioactifs anioniques à des valeurs de pH plus élevées. La mousse de ces tensioactifs est modérée et donne de la maniabilité aux cheveux. De plus, un groupe de tensioactifs amphotères irrite peu le cuir chevelu et est capable de soulager les irritations existantes. Les tensioactifs amphotères associés à des tensioactifs anioniques améliorent la capacité moussante et augmentent la sécurité des formulations, et lorsqu'ils sont combinés avec des polymères cationiques, ils renforcent les effets positifs des additifs revitalisants, tels que les silicones et les polymères, sur les cheveux et la peau. Les tensioactifs anioniques sont obtenus à partir de matières premières naturelles, ce sont donc des composants assez coûteux.
Les tensioactifs amphotères peuvent être trouvés dans les shampoings pour enfants (ils n'irritent pas les yeux), les shampoings spéciaux pour cheveux abîmés et fins, les shampoings 2 en 1, les teintures capillaires, les oxydants, ainsi que les masques et après-shampooings.

Tensioactifs non ioniques

Tensioactifs non ioniques, le deuxième groupe de tensioactifs le plus populaire après les tensioactifs anioniques, a des têtes polaires. Ils sont les plus doux de tous les tensioactifs et sont utilisés en combinaison avec des tensioactifs anioniques comme nettoyant secondaire, épaississant et stabilisant de mousse.
Les tensioactifs non ioniques se trouvent dans presque tous les cosmétiques capillaires, car ils se combinent bien avec de nombreuses substances.

Application de tensioactifs (tensioactifs)

Les tensioactifs sont largement utilisés dans l’industrie, l’agriculture, la médecine et la vie quotidienne. La production mondiale de tensioactifs augmente chaque année et la part des substances non ioniques dans la production totale augmente constamment. Tous les types de tensioactifs sont largement utilisés dans la production et l’utilisation de matériaux synthétiques. polymères. Le domaine de consommation le plus important de tensioactifs formant des micelles est la production de polymères par polymérisation en émulsion. La technologie dépend en grande partie du type et de la concentration des tensioactifs sélectionnés (évulsifiants). et physico-chimique. propriétés des latex obtenus. Les tensioactifs sont également utilisés dans la polymérisation en suspension. On utilise généralement des tensioactifs de haut poids moléculaire - des polymères hydrosolubles (alcool volivinylique, dérivés de cellulose, adhésifs végétaux, etc.). En mélangeant des vernis ou des compositions liquides huile-résine avec de l'eau en présence d'émulsifiants, on obtient des émulsions utilisées dans la fabrication de matières plastiques, de succédanés du cuir, de non-tissés, de tissus imprégnés, de peintures à l'eau, etc.

Dans la production de peintures, vernis et plastiques. Des tensioactifs sont ajoutés pour réguler leur rhéologie. caractéristiques.

Une variété de tensioactifs sont utilisés pour le traitement de surface des matériaux fibreux (tissés et non tissés) et en film (en tant qu'agents antistatiques, modificateurs de solutions de filage, détergents. Parmi les tensioactifs utilisés comme hydrofuges, les plus prometteurs sont les composés organosiliciés et fluorocarbonés. ces derniers, avec l'orientation appropriée des molécules dans la couche superficielle, sont capables d'empêcher le mouillage du matériau non seulement avec de l'eau, mais également avec des liquides d'hydrocarbures.

Dans la production de caoutchouc spongieux et de mousse plastique, des tensioactifs sont utilisés comme stabilisants de mousse.

Tensioactifs hydrosolubles de haut poids moléculaire, en plus d'être utilisés dans les technologies mentionnées ci-dessus. procédés, utilisés comme floculants dans divers types de traitement de l’eau. Avec leur aide des déchets et technologiques. l'eau, ainsi que de l'eau potable, les contaminants en suspension sont éliminés.

SUBSTANCES SURFACTIVES dont l'adsorption à partir d'un liquide à une interface avec une autre phase (liquide, solide ou gazeuse) conduit à ce qui suit : abaisser la tension superficielle (voir Activité de surface). Au maximum. général et pratiquement important. Dans ce cas, les molécules tensioactives adsorbantes (ions) ont une structure diphile, c'est-à-dire qu'elles sont constituées d'un groupe polaire et d'un radical hydrocarboné non polaire (molécules diphiles). Le radical hydrocarboné a une activité de surface vis-à-vis de la phase apolaire (gaz, hydrocarbure liquide, surface apolaire d'un solide), qui est expulsée du milieu polaire. Dans une solution aqueuse d'un tensioactif, un agent d'adsorption se forme à la frontière avec l'air. couche monomoléculaire avec des radicaux hydrocarbonés orientés vers l'air. Au fur et à mesure qu'elle devient saturée, les molécules tensioactives (ions), se compactant dans la couche superficielle, se situent perpendiculairement à la surface (orientation normale).

Concentration de tensioactif dans l'adsorbant. superposer sur plusieurs. des ordres de grandeur plus élevés que dans le volume de liquide, par conséquent, même avec une teneur négligeable en eau (0,01-0,1% en poids), les tensioactifs peuvent réduire la tension superficielle de l'eau à l'interface avec l'air de 72,8 10-3 à 25 10 -3 J/m2, soit presque à la tension superficielle des liquides d’hydrocarbures. Un phénomène similaire se produit à l’interface entre un tensioactif aqueux et un liquide hydrocarboné, créant les conditions préalables à la formation d’émulsions.

Selon l'état du tensioactif dans la solution, on distingue classiquement les solutions vraies (moléculairement dispersées) et les tensioactifs colloïdaux. La conditionnalité de cette division est qu'un même tensioactif peut appartenir aux deux groupes, en fonction des conditions et de la chimie. nature (polarité) du r-ritel. Les deux groupes de tensioactifs sont adsorbés aux limites de phase, c'est-à-dire qu'ils présentent une activité de surface dans les solutions, tandis que les propriétés globales associées à l'apparition d'une phase colloïdale (micellaire) ne présentent que des tensioactifs colloïdaux. Ces groupes de tensioactifs diffèrent par la valeur de la quantité sans dimension, appelée. équilibre hydrophile-lipophile (HLB) et est déterminé par le rapport :

où est l'affinité (énergie d'interaction libre) de la partie non polaire de la molécule de tensioactif pour le liquide d'hydrocarbure (b est un paramètre sans dimension dépendant de la nature du tensioactif, est l'énergie d'interaction libre pour un groupe CH2, v est le nombre de groupes CH2 dans le radical hydrocarboné), a-affinité du groupe polaire pour l'eau. Pour les tensioactifs colloïdaux (b + ou, où les indices m correspondent aux valeurs d'affinité minimales, auxquelles les propriétés colloïdales du tensioactif commencent à apparaître. Le nombre minimum d'atomes de carbone dans le radical pour différents types de tensioactifs colloïdaux se situe dans la plage de 8 à 12, c'est-à-dire que les tensioactifs colloïdaux ont un radical hydrocarbure assez gros. Dans le même temps, les tensioactifs colloïdaux doivent également avoir un vrai pH dans l'eau, c'est-à-dire que la polarité du groupe hydrophile doit également être assez élevée. Cela correspond à la condition:

Au début. années 60 20ième siècle D. Davis a développé une échelle HLB avec des valeurs de O à 40. Les tensioactifs ayant des propriétés lipophiles ont de faibles valeurs HLB, tandis que ceux ayant des propriétés hydrophiles ont des valeurs élevées. Chaque groupe d'atomes inclus dans une molécule de tensioactif se voit attribuer un numéro de groupe. En additionnant ces nombres, on obtient le GLB selon la formule suivante :

HLB = numéros de groupes hydrophiles + 4- numéros de groupes hydrophobes + 7.

Bien que la notion de HLB soit assez formelle, elle permet de déterminer les domaines d'application des tensioactifs. Ainsi, pour la formation d'émulsions eau/huile, le HLB varie de 3 à 6, les émulsions huile/eau - 8 à 16, pour les agents mouillants - 7 à 9, pour les détergents - 13 à 15.

L'activité de surface des tensioactifs appartenant à différents groupes est déterminée différemment. Pour les vrais tensioactifs R-Ring, il est égal à max. la valeur de la dérivée et est mesurée à partir de la partie initiale de l'isotherme d'adsorption s(c) à c0 (G est le nombre de moles de tensioactifs adsorbées par unité de surface, R est la constante du gaz, T est la température absolue). Pour les tensioactifs colloïdaux, l'activité de surface Gmin = (s0 - smin)/smin, où s0 est la tension superficielle du solvant p pur, sMIH est la plus petite valeur (constante) de s et cmin est la concentration de tensioactif correspondant à cette valeur. Une introduction ultérieure d'un tensioactif dans la solution entraîne une augmentation du nombre de micelles et la concentration du tensioactif moléculairement dispersé reste constante. La valeur de smin-critique. concentration micellaire (KKM). Elle est définie comme la concentration d'un tensioactif à laquelle un grand nombre de micelles apparaissent dans la solution, qui sont en thermodynamique. l'équilibre avec les molécules (ions), et les propriétés de la solution changent fortement (conductivité électrique, tension superficielle, viscosité, diffusion de la lumière, etc., voir formation de micelles).

Classification des tensioactifs. Cet article décrit la classification adoptée lors du IIIe Congrès international sur les tensioactifs et recommandée par l'Organisation internationale de normalisation (ISO) en 1960. Elle est basée sur la chimie. la nature des molécules et comprend quatre bases. classe de tensioactifs : anioniques, cationiques, non ioniques et amphotères. Parfois, un poids moléculaire élevé est également isolé. (polymère), perfluoré et Kremniorg. Tensioactif, cependant, selon la chimie. la nature des molécules de ces tensioactifs peut. classé parmi les éléments ci-dessus. Des classes.

Les tensioactifs anioniques en contiennent un ou plusieurs dans une molécule. groupes polaires et se dissocient dans une solution aqueuse pour former des anions à longue chaîne, qui déterminent leur activité de surface. Ce sont les groupes : COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), où M est un métal (mono-, di- ou trivalent). La partie hydrophobe de la molécule est généralement représentée par des aliphatiques saturés ou insaturés. chaînes ou alkyl aromatiques. radicaux. Il existe 6 groupes de tensioactifs anioniques.

1) Dérivés de composés carbonés (savons) : RCOOM, ROOC (CH2)nCOOM, RC6H4 (CH2)nCOOM, RCH=CH -- --(CH2)nCOOM. 2) Sulfates d'alkyle primaires et secondaires ROSO3M, R"R : CHOSO3M, sulfates d'éthylaryl d'alkylaryle RC6H4C2H4OSO3M, sulfates d'éthyle d'alkylcyclohexyl RC6H10C2H4OSO3M, etc. (voir Avirol, Huile d'alizarine, Sulfates d'alkyle). 3) Sulfonates d'alkyle et d'alkyl benzène, esters de sulfonates mono- et composés dicarboniques : RSO3M, RC6H4SO3M, ROOCCH2SO3M, ROOCCH2CH(COOR)SO3M (voir Alkylbenzènesulfonates, Naphtalène sulfonates, Sulfonates). 4) Sulfo- et carboxyéthoxylates d'alcools, sulfoéthoxylates de composés carboniques, sulfoéthoxylates d'alcools alkylphényléthyliques, sels personnels dimétalliques de sulfosuccinique acide, sels de sulfates insaturés : RO(C2H4O)nSO3M, RO(C2H4O)nCH2COOM, RCOO (C2H4O)n SO3M, RC6H4 (C2H4O)2 SO3M, ROOCCH2CH (COOM) SO3M, RCH ( OSO3M)=CH (CH2)n- -COOM. 5) Tensioactifs azotés : amidosulfonates RCONR"--R:--SO3M, amidosulfonates RR"NOC--R:--SO3M, amidosulfates RCONR"-R: --OSO3M, amidocarboxylates RCO(NH-R" --CO)nOM, composés avec des groupes carboxy et sulfo RCONH--R--OCOR:(SO3M) --COOM. Au lieu d'un groupe amide dans beaucoup de ces composés, M.B. également un groupe sulfoamide, par ex. RC6H4SO2NHCH2CH2SO3M. 6) Sels perfluorés. kit carbone, perfluoré sulfoacétates, mono- et dialkyl-phosphates et phosphonates perfluorés. phosphonates et autres composés.

Dans les tensioactifs anioniques, le cation peut. non seulement le métal, mais aussi l'org. base. Il s'agit souvent de di- ou de triéthanolamine. L'activité de surface commence à apparaître le long de la chaîne hydrophobe de l'hydrocarbure C8 et augmente avec la longueur de la chaîne jusqu'à la perte complète du pH du tensioactif dans l'eau. Selon la structure, les intervalles. fonctionnel groupes et hydrophilie de la partie polaire de la molécule, la longueur de la partie hydrocarbure peut atteindre C18. Le cycle benzénique correspond à environ 4 atomes de carbone, le groupe méthylène perfluoré CF2 correspond à environ 2,5 à 3 groupes méthylène.

Naïb. les sulfates d'alkyle et les sulfonates d'alkylaryle sont courants. Optimale. Le sulfate de dodécyle primaire et le sulfonate de dodécylbenzène à chaîne droite ont des propriétés tensioactives. Ces substances sont thermiquement stables, peu toxiques (DL50 1,5-2 g/kg, souris blanches), n'irritent pas la peau humaine et sont biolisées de manière satisfaisante. décomposition dans les plans d'eau (voir ci-dessous), à l'exception des alkylarylsulfonates à chaîne alkyle ramifiée. Ils se combinent bien avec d'autres tensioactifs, présentant une synergie ; leurs poudres sont non hygroscopiques. Les sulfates d'alkyle secondaires ont une bonne capacité moussante, mais sont thermiquement instables et sont utilisés sous forme liquide. Les alkylsulfonates secondaires ont une activité de surface élevée, mais sont très hygroscopiques. Les tensioactifs prometteurs sont ceux dont la partie hydrophile est composée de plusieurs. fonctionnel groupes. Par exemple, les sels disodiques de l'acide sulfosuccinique ont de bonnes propriétés sanitaires et hygiéniques. St. vous avec une haute teneur en colloïdes chimiques. et la technologie. indicateurs lorsqu'il est dissous dans de l'eau dure. Les tensioactifs contenant un groupe sulfonamide ont du biol. activité. Le dodécylphosphate possède également de bonnes propriétés.

Appelé cationique. Tensioactifs dont les molécules se dissocient dans une solution aqueuse pour former un cation tensioactif avec une longue chaîne hydrophobe et un anion, généralement un halogénure, parfois un anion sulfurique ou phosphorique. Les tensioactifs cationiques prédominants sont les composés azotés ; pratique Des ingrédients qui ne contiennent pas d'azote sont également utilisés : com. sulfonium +X- et sulfoxonium +X-, phosphonium + X-, arsonium + X-, iodonium (formule I). Composés contenant de l'azote peut être divisé comme suit. basique groupes : 1) amines et leurs sels RNR"R : HX ; 2) composés d'ammonium mono- et bi-quaternaires structures aliphatiques + X-, 2+2Х-, composés à structure mixte aliphatique et aromatique 2 + 2Х- ; 3) quaternaire composés d'ammonium avec différents groupes fonctionnels dans la chaîne hydrophobe ; 4) composés d'ammonium mono- et biquaternaires avec un atome d'azote dans le cycle hétérocyclique. Le dernier groupe rassemble des centaines de tensioactifs d'importance industrielle. Les plus importants d'entre eux sont les composés de pyridine, de quinoléine , phtalazine, benzimidazole, benzothiazole, benzotriazole, dérivés de pyrrolidine, imidazole, pipéridine, morpholine, pipérazine,

la benzoxazine, etc.; 5) oxydes d'amines RR"R:N+O- (démarrage de la production industrielle) ; 6) tensioactifs polymères (II). Les halogénures de polyvinylpyridinium sont principalement utilisés.

tensioactif moléculaire

Les tensioactifs cationiques réduisent moins la tension superficielle que les tensioactifs anioniques, mais ils peuvent interagir. chimiquement avec la surface de l'adsorbant par exemple. avec des protéines cellulaires de bactéries, provoquant un effet bactéricide. Interaction les groupes polaires de tensioactifs cationiques avec les groupes hydroxyles des fibres de cellulose conduisent à l'hydrophobisation des fibres et à l'imprégnation des tissus.

Les tensioactifs non ioniques ne se dissocient pas en ions dans l'eau. Leur valeur pH est due à la présence dans les molécules d'éther hydrophile et de groupements hydroxyle, le plus souvent une chaîne polyéthylène glycol. Apparemment, lors de la dissolution, des hydrates se forment en raison de la formation de liaisons hydrogène entre les atomes d'oxygène du résidu de polyéthylène glycol et les molécules d'eau. En raison de la rupture de la liaison hydrogène, à mesure que la température augmente, le pH des tensioactifs non ioniques diminue, donc pour eux le point de trouble augmente. La limite de température de micellisation est un indicateur important. Mn. les composés contenant un atome H mobile (composés, alcools, phénols, amines), réagissant avec l'oxyde d'éthylène, forment des tensioactifs non ioniques RO (C2H4O)n H. La polarité d'un groupe oxyéthylène est nettement inférieure à la polarité de tout groupe acide dans les tensioactifs anioniques . Par conséquent, pour conférer à une molécule le caractère hydrophile et la valeur HLB requis, en fonction du radical hydrophobe, de 7 à 50 groupes oxyéthylène sont nécessaires. Une caractéristique des tensioactifs non ioniques est leur état liquide et leur faible moussage dans les solutions aqueuses.

Les tensioactifs non ioniques sont divisés en groupes qui diffèrent par la structure de la partie hydrophobe de la molécule, en fonction des substances qui ont servi de base à la production d'éthers de polyglycol. A base d'alcools, on obtient des alcools éthoxylés RO(C2H4O)nH ; à base d'acides carboxyliques - acides gras éthoxylés RCOO (C2H4O)n H ; à base d'alkylphénols et d'alkylnaphtols - alkylphénols éthoxylés RC6H4O(C2H4O)nH et comp. RC10H6O--- (C2H4O)nH ; à base d'amines, d'amides, d'imidazolines - alkylamines éthoxylées RN[ (C2H4O)n H]2, comp. RCONH(C2H4O)nH, comp. Formes III ; à base de sulfamides et de mercaptans - tensioactifs tels que RSO2NC(C2H4O)nH]2 et RS(C2H4O)nH. Un groupe distinct est constitué de proxanols (pluron i k s) - copolymères séquencés d'oxydes d'éthylène et de propylène HO (C2H4O)x (C3H6O)y (C2H4O)z H, où x, y et z varient de plusieurs. unités à plusieurs dizaines et proxamines (tétronique; forme IV) - copolymères séquencés d'oxydes d'éthylène et de propylène, obtenus en présence. éthylènediamine. Les alkylacétylèneglycols servent de base à la production de tensioactifs du type H(OC2H4)n-OCR"R:CCCR"R""O (C2H4O)nH ; les esters de phosphore du type (RO)2P(O)O(C2H4O)nH ; éthers de pentaérythritol de type V. Les tensioactifs non ioniques sont les produits de condensation de glycosides avec des alcools gras, des carbonates et de l'oxyde d'éthylène. Il existe également des tensioactifs du groupe sorbital (Tweens, type VI) - produits de l'addition d'oxyde d'éthylène au monoester de sorbitone et à l'acide gras. Kremniorg constitue un groupe à part. Tensioactif, par exemple. (CH3)3Sin--(CH2)3O(C2H4O)mH.

La production de tensioactifs non ioniques repose dans la plupart des cas sur l’ajout d’oxyde d’éthylène à des niveaux élevés. t-re sous pression en présence. catalyseurs (0,1-0,5 % CH3ONa, KOH ou NaOH). Dans ce cas, le résultat est moyen. la teneur en homologues du polymère, dans laquelle la distribution du poids moléculaire est décrite par la fonction de Poisson. Les substances individuelles sont obtenues en ajoutant des polyéthylèneglycols substitués par des polyhalogènes à des alcoolates. Produit chimique colloïdal Les propriétés des tensioactifs de cette classe varient considérablement en fonction de la longueur de la chaîne hydrophile du polyglycol et de la longueur de la chaîne de la partie hydrophobe de telle sorte qu'elle se décompose. représentants d'un homologue rangée m.b. bons agents mouillants et émulsifiants. La tension superficielle des homologues des alkylphénols éthoxylés et des alcools primaires à teneur constante en groupes oxyde d'éthylène diminue conformément à la règle de Traube, c'est-à-dire à chaque ajout. Le groupe CH2 réduit la tension superficielle. En optimal option, il peut atteindre (28-30) 10-3 N/m à un niveau critique. concentrations de micelles. La masse micellaire est très grande ; pour les jumeaux, par exemple, elle atteint 1800. Les tensioactifs non ioniques sont moins sensibles aux sels qui provoquent la dureté de l'eau que les tensioactifs anioniques et cationiques. La capacité mouillante des tensioactifs non ioniques dépend de la structure ; optimal. Un tensioactif à structure ramifiée a une capacité mouillante :

Les alcools hydroxyéthylés en C10-C18 de n de 4 à 9 et les pluroniques forment des microémulsions spontanées huile/eau et eau/huile. Les tensioactifs non ioniques se combinent bien avec d'autres tensioactifs et sont souvent inclus dans les formulations de détergents.

Les tensioactifs amphotères (ampholytiques) contiennent dans la molécule un radical hydrophile et une partie hydrophobe qui peut être accepteur ou donneur de protons, selon le pH de la solution. Généralement, ces tensioactifs en comprennent un ou plusieurs. des groupes basiques et acides, peuvent également contenir un groupe polyglycol non ionique. Selon la valeur du pH, ils présentent les propriétés de tensioactifs cationiques ou anioniques. À certaines valeurs de pH, appelé. point isoélectrique, les tensioactifs existent sous forme de zwitterions. Les constantes d'ionisation des groupes acides et basiques des véritables tensioactifs amphotères primaires sont très faibles, mais les zwitterions orientés cations et anions sont les plus courants. Le groupe cationique est généralement un groupe ammonium primaire, secondaire ou tertiaire, un résidu pyridine ou imidazoline. En principe, au lieu de N m.b. atomes S, P, As, etc. Les groupes anioniques sont des groupes carboxyle, sulfonate, sulfoester ou phosphate.

Selon la chimie En fonction de leur structure et de certaines similitudes, les tensioactifs ampholytiques sont divisés en 5 grandes catégories. groupes : 1) composés alkylaminocarbonés RNH (CH2)n COOH ; Le radical alkyle d'une amine est généralement normal (chaîne droite), mais s'il se situe entre le groupe amine et le groupe carboxyle, il présente parfois un caractère ramifié. Ce groupe comprend également les acides alkylamino-phénylcarboniques RNHC6H4COOH ; les composés alkylaminocarbonés avec un groupe amino primaire, secondaire ou tertiaire RCH (NH2) COOH, RCH (NHR) COOH, R(CH3)NCH2COOH ; avec int. un groupe hydroxyle, éther, ester, amide ou sulfoamide ; substances avec deux ou plusieurs groupes amino et amido, avec plusieurs groupes amino et hydroxyle.

• 2) Les alkylbétaïnes constituent le groupe le plus important de tensioactifs zwittérioniques. Ils peuvent être divisés en 5 principaux. groupes : a) alkylbétaïnes -C-alkylbétaïnes RCH COO- et N-alkylbétaïnes RN+(CH3)2 CH2COO- ; b) les bétaïnes sulfites, sulfo, sulfate et phosphate RN+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH2, RC6H4CH2N+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2OP ; c) les amidobétaïnes RCONH(CH2)3 N+(CH3)2COO- ; d) les bétaïnes éthoxylées RN+[(C2H4O)pH][(C2H4O)gH]CH2COO- ; e) d'autres tensioactifs zwitterioniques.
• 3) Dérivés d'alkylimidazoline, dans les molécules desquels les groupes anioniques et cationiques ont approximativement les mêmes constantes d'ionisation (formes VII et VIII), où R-alkyle en C7-C17, R"-H, Na, CH2COOM (M-métal). Selon la structure et les méthodes de synthèse, on distingue les tensioactifs bétaïne, notamment les groupes carboxy-, sulfo-, sulfate ou sulfoéther [forme IX ; R" = (CH2)nCOO-, (CH2)3, CH2CH(OH)CH2 ] et d'autres tensioactifs imidazolines (« non bétaïne ») [forme X ; R" = CH2COONa, (CH2)2 N (CH2COOH)2, (CH2)2 N= =CHC6H4SO3H, (CH2)2 OSO3H]. L'équilibre des groupes ionisants confère à ces composés de bonnes propriétés colloïdales-chimiques et sanitaires-hygiéniques. .
• 4) Alkylaminoalcanesulfonates et sulfates (AAAC1 et AAAC2, respectivement). Anion-repère. les substances se transforment facilement sous forme zwitterionique, ce qui permet de les isoler sous leur forme pure. La constante d'ionisation du groupe acide est bien supérieure à celle du groupe basique, ils sont donc utilisés dans un environnement alcalin. Cependant, dans le cas de plusieurs groupes basiques et en présence d'autres groupes hydrophiles à côté du groupe acide, ces substances ont des propriétés et des domaines d'application similaires aux tensioactifs ampholytiques et ont un effet bactéricide. En fonction des constantes d'ionisation, on distingue les sels AAAC1 RN(R")-R:--SO3M, AAAC2 RN(R")-R: -- OSO3M, des dérivés aromatiques. acides aminosulfoniques RR"N-Ar-SO3M, aminosulfonates avec atome N en hétérocycles (forme XI) ; aminophosphates, aminophosphonates et autres composés aminés : composés de type RR"R:P(O)(OH)2, RR"R ""OP(O)(OH)2, où R et R" sont des radicaux hydrocarbonés longs et courts, R : est un radical divalent court ; Connecticut. RN(CH2CH2SO3Na)2. Leur différence réside dans leur bonne capacité à disperser les savons de calcium et leur résistance aux sels de dureté de l’eau.
• 5) Tensioactifs ampholytiques polymères : naturels (protéines, acides nucléiques, etc.) ; naturel modifié (hydrolysats de protéines oligomères, sulfate de chitine) ; produits de condensation par étapes d'amines, de formaldéhyde, d'albumine, d'acides gras ; les dérivés cellulosiques obtenus par introduction de groupements carboxyle et diéthanolamineéthyle ; synthétique, dont les molécules combinent les caractéristiques structurelles de tous les groupes ci-dessus de tensioactifs amphotères (voir, par exemple, les formules XII-XVI).

Application de tensioactifs. La production mondiale de tensioactifs est de 2 à 3 kg par habitant et par an. Environ 50 % des tensioactifs produits sont utilisés dans la chimie domestique (produits de lessive et de nettoyage, cosmétiques), le reste est utilisé dans l'industrie et l'agriculture. x-ve. Parallèlement à l'augmentation annuelle de la production de tensioactifs, le rapport entre leur utilisation dans la vie quotidienne et l'industrie évolue en faveur de l'industrie.

L'utilisation de tensioactifs est déterminée par leur activité de surface et leur structure d'adsorption. couches et saints volumétriques. Les tensioactifs des deux groupes (true r-rime et colloïdal) sont utilisés comme dispersants pour le broyage de solides, le forage de roches dures (réducteurs de dureté), pour améliorer l'effet de lubrification, réduire la friction et l'usure, l'intensité de la récupération du pétrole, etc. Un aspect important de l’utilisation des tensioactifs est la formation et la destruction de mousses, d’émulsions et de microémulsions. Les tensioactifs sont largement utilisés pour réguler la formation de structure et la stabilité des systèmes dispersés avec un milieu de dispersion liquide (aqueux et organique). Les systèmes micellaires formés par des tensioactifs dans des milieux aqueux et non aqueux sont largement utilisés, pour lesquels ce n'est pas l'activité de surface des tensioactifs ni leurs propriétés d'adsorption qui sont importantes. couches, et propriétés volumiques : anomalies de viscosité prononcées avec augmentation de la concentration en tensioactif jusqu'à la formation par exemple. en milieu aqueux, cristallisation. structures de savon solides ou structures de forme solide (dans les graisses à base d'huile de pétrole).

Les tensioactifs sont utilisés dans plus de 100 secteurs de l'économie nationale. La plupart des tensioactifs produits sont utilisés dans les détergents, dans la production de tissus et de produits synthétiques. et naturel fibres Les principaux consommateurs de tensioactifs sont le pétrole et les produits chimiques. l'industrie, l'industrie se construit. matériaux et un certain nombre d'autres. Naïb. applications importantes des tensioactifs :

• - forages avec solutions d'argile et émulsions eau/huile réversibles. Pour réguler la stabilité agrégative et rhéologique. caractéristiques des solutions, du high-commol est utilisé. Tensioactifs - éthers de cellulose hydrosolubles, polyacrylamide, etc., sels de calcium naturels sont introduits dans les émulsions. et synthétique acides gras (C16-C18 et plus), alkylaromatiques. les sulfonates, les alkylamines, les alkylamidoamines, les alkylimidazolines ;
• -augmentation de la récupération du pétrole par inondation micellaire (alkylphénols et alcools éthoxylés, alkylaromatiques sulfonates) ;
• - antioxydants, extrême pression et autres additifs dans la production de minéraux. huiles (savons gras synthétiques, sulfonates de pétrole, alcools oxyéthyliques) et plastiques. lubrifiants (dérivés de phénol, arylamines, phosphates d'alkyle et d'aryle) ;
• - régulation du mouillage lors de la flottation des minerais de fer et de manganèse (savons gras naturels et synthétiques, amines aliphatiques supérieures), des minerais de métaux rares (acides alkylarsone et alkylphosphoniques, alkylaromatiques sulfonates) ;
• -polymérisation en émulsion, production de polystyrène et autres polymères vinyliques (carboxyméthylcellulose, alcool polyvinylique, savons gras synthétiques, sulfates d'alkyle, alcools éthoxylés et alkylphénols) ;
• - production chimique fibres (amines et amides oxyéthylène, proxanols et proxamines, alcools et composés supérieurs) ;
• -fourrure. traitement des métaux : adsorption. diminution de la résistance, augmentation des vitesses de coupe, de rabotage, de fraisage (savons gras naturels et synthétiques, sulfonates alkylaromatiques, alcools oxyéthyliques, etc.) ;
• - L'industrie se construit. matières : régulation de la fourrure. et rhéo-logique. St. dans les mélanges de béton en raison de l'adsorption. modification des composants (esters d'acides gras synthétiques, sulfonates, alkylamines, alkylsulfates, acides gras oxyéthyliques) ;
• -production de détergents synthétiques;
• -améliorer la structure du sol, prévenir les processus d'érosion (polyélectrolytes tensioactifs - produits d'hydrolyse incomplète du polyacrylonitrile, produits d'amidation de composés polyacryliques et polyméthacryliques, et la composition de la chaîne polymère varie entre les groupes amide, imide cyclique, carboxyle et autres).

Décomposition biologique des tensioactifs. Des solutions aqueuses de tensioactifs en concentrations plus ou moins importantes pénètrent dans les eaux usées industrielles. eaux et finalement dans les réservoirs. Une grande attention est accordée à l'épuration des eaux usées des tensioactifs, car en raison du faible taux de décomposition des tensioactifs, les conséquences néfastes de leur impact sur la nature et les organismes vivants sont imprévisibles. Les eaux usées contenant des produits d'hydrolyse de tensioactifs polyphosphates peuvent provoquer une croissance intensive des plantes, ce qui entraîne une pollution de plans d'eau auparavant propres : à mesure que les plantes meurent, elles commencent à pourrir et l'eau est appauvrie en oxygène, ce qui à son tour aggrave les conditions d'existence de d'autres formes de vie dans l'eau.

Parmi les méthodes de traitement des eaux usées dans les décanteurs figurent la transformation des tensioactifs en mousse, l'adsorption avec du charbon actif, l'utilisation de résines échangeuses d'ions, la neutralisation avec des substances cationiques, etc. Ces méthodes sont coûteuses et pas assez efficaces, il est donc préférable de purifier les eaux usées des tensioactifs dans des bassins de décantation (bassins d'aération) et dans des milieux naturels conditions (dans les réservoirs) par biol. oxydation sous l'influence de bactéries hétérotrophes (le genre prédominant est Pseudomonas), qui font partie des boues activées. En ce qui concerne ce processus, les tensioactifs sont généralement divisés en « mous » et « durs ». Les tensioactifs durs comprennent certains alkylbenzènesulfonates (par exemple, le tétrapropylbenzènesulfonate) et l'oxyéthylène. les isooctylphénols ; à l'heure actuelle, ils ne sont pratiquement pas produits. Le degré de biooxydation de ce qu'on appelle. les tensioactifs mous dépendent de la structure de la partie hydrophobe de la molécule du tensioactif : lorsqu'elle est ramifiée, la biooxydation s'aggrave fortement. Théoriquement, la biooxydation procède à la conversion. org. dans l'eau et le dioxyde de carbone, pratiquement. le problème se résume uniquement au temps d’oxydation, c’est-à-dire à la cinétique du processus. S'ils obtiennent leur diplôme. l'oxydation se fait lentement, le tensioactif a le temps de produire un effet néfaste sur les organismes vivants et la nature. Mercredi.

Avec biochimique Lors du nettoyage des solutions de tensioactifs usagées, l'oxydation est effectuée en présence de enzymes. À mesure que la température augmente, le taux d’oxydation augmente, mais au-dessus de 35°C les enzymes sont détruites. Les tensioactifs anioniques sont adsorbés au niveau des interfaces interfaciales, ce qui réduit l'hydrolyse enzymatique des graisses, des protéines et des glucides, conduisant à une inhibition de l'activité bactérienne.

Le mécanisme de biooxydation des tensioactifs est établi par l'étude des intermédiaires. produits de décomposition. Donc, entre les deux. les produits suivants ont été trouvés dans les produits de décomposition des alkylbenzènesulfonates : alkylbenzènesulfonates à chaîne alkyle courte ; les composés sulfophénylcarbonés avec en moyenne 4 atomes de carbone dans la chaîne ; les composés sulfocarbonates avec 5 à 6 atomes de carbone ; acides sulfoniques et acides sulfoniques. Cela suggère que la biodégradation commence à partir du groupe méthyle terminal. Plus le résidu se rapproche du cycle benzénique, plus l’oxydation est lente. La dernière étape est la décomposition du cycle benzénique en insaturation. composés qui s’oxydent assez rapidement et complètement.

Alifatich. Les tensioactifs s'oxydent plus rapidement que les tensioactifs cycliques et les sulfonates sont plus difficiles à oxyder que les sulfates.

Apparemment, cela est dû au fait que les sulfates présents dans l’eau sont hydrolysés. Les sulfates d'alkyle primaires et secondaires à chaîne droite sont complètement détruits dans les eaux usées en 1 heure. Les alkylsulfates à chaîne ramifiée s'oxydent plus lentement, tandis que les alkylbenzènesulfonates à chaîne droite se décomposent complètement en seulement 3 jours. La biodégradation des tensioactifs cationiques a été peu étudiée ; certains chercheurs déconseillent leur rejet dans les eaux usées.

La croissance de la production de tensioactifs a conduit à l’émergence de grandes entreprises qui sont des sources locales de pollution de l’eau. Fortement concentré les eaux usées de ces entreprises peuvent être microbiol purifié une méthode basée sur l’utilisation de cultures de micro-organismes hautement actives. Des souches de bactéries ont été obtenues qui détruisent les sulfates d'alkyle, les alkylsulfonates, les alkylbenzènesulfonates, les sulfoéthoxylates, etc. Des intermédiaires ont été identifiés. produits de décomposition, qui sont des analogues de la nature. in-c, non toxiques et n’ont pas d’effet néfaste sur l’environnement. L’un des résultats importants de la digestion bactérienne est l’absence d’intermédiaires. produits de décomposition de substances avec une diphilie clairement exprimée des molécules. La méthode donnée va mettre. résultats pour les eaux usées contenant 500 mg/l de tensioactif. L'efficacité du nettoyage était de 95 à 97 % en 12 heures maximum, parmi les Gram négatifs. des bactéries, des micro-organismes (destructeurs) ont été trouvés qui absorbent les tensioactifs comme nutrition. substrat.

Les tensioactifs technologiques et leur pouvoir lubrifiant

Les tensioactifs (tensioactifs) sont des composés chimiques qui, en se concentrant à l'interface, provoquent une diminution de la tension superficielle.

L'effet significatif des tensioactifs technologiques s'exprime à la fois par une influence directe et indirecte (par le biais de changements de structure) sur les phénomènes de surface à l'interface lubrifiant-métal, c'est-à-dire sur la capacité lubrifiante et protectrice des lubrifiants. Non seulement les tensioactifs individuels, mais également les produits d'oxydation formés au cours du processus de préparation (c'est-à-dire TPAS) et du fonctionnement des lubrifiants ont un impact significatif sur les processus de friction et d'usure. Dans les années 1950, D.S. Velikovsky et ses collègues ont développé des additifs de la série MNI, qui sont des produits de l'oxydation de la vaseline ou de la cérésine. Il a été montré que les porteurs de leurs propriétés fonctionnelles, notamment anti-usure, sont des acides esters contenant des groupements actifs COOH, COOC, OH, ainsi que des groupements lactones formant des structures quasicristallines.

Les tensioactifs ont une structure moléculaire polaire (asymétrique), sont capables d'être adsorbés à l'interface de deux milieux et de réduire l'énergie de surface libre du système. Des ajouts tout à fait insignifiants de tensioactifs peuvent modifier les propriétés de la surface des particules et conférer de nouvelles qualités au matériau. L'action des tensioactifs repose sur le phénomène d'adsorption, qui conduit simultanément à un ou deux effets opposés : une diminution de l'interaction entre les particules et une stabilisation de l'interface entre elles grâce à la formation d'une couche d'interphase. La plupart des tensioactifs sont caractérisés par une structure linéaire de molécules dont la longueur dépasse largement les dimensions transversales (Fig. 15). Les radicaux moléculaires sont constitués de groupes dont les propriétés sont liées aux molécules de solvant et de groupes fonctionnels dont les propriétés sont très différentes d'elles. Ce sont des groupes hydrophiles polaires, ayant des liaisons de valence prononcées et ayant un certain effet sur les actions de mouillage, de lubrification et autres associées au concept d'activité de surface . Dans le même temps, l'apport d'énergie libre diminue avec le dégagement de chaleur résultant de l'adsorption. Les groupes hydrophiles aux extrémités des chaînes non polaires d'hydrocarbures peuvent être hydroxyle - OH, carboxyle - COOH, amino - NH 2, sulfo - SO et d'autres groupes à forte interaction. Les groupes fonctionnels sont des radicaux hydrocarbonés hydrophobes caractérisés par des liaisons de valence latérales. Les interactions hydrophobes existent indépendamment des forces intermoléculaires, constituant un facteur supplémentaire qui favorise le rapprochement et le « collage » de groupes ou de molécules non polaires. La couche monomoléculaire d'adsorption de molécules de tensioactif est orientée avec les extrémités libres des chaînes d'hydrocarbures éloignées de

surface des particules et la rend non mouillable, hydrophobe.

L'efficacité d'un additif tensioactif particulier dépend des propriétés physico-chimiques du matériau. Un tensioactif qui produit un effet dans un système chimique peut n’avoir aucun effet ou un effet clairement opposé dans un autre. Dans ce cas, la concentration en tensioactif est très importante car elle détermine le degré de saturation de la couche d’adsorption. Parfois, des composés de haut poids moléculaire présentent un effet similaire à celui des tensioactifs, bien qu'ils ne modifient pas la tension superficielle de l'eau, par exemple l'alcool polyvinylique, les dérivés de cellulose, l'amidon et même les biopolymères (composés protéiques). L'effet des tensioactifs peut être exercé par des électrolytes et des substances insolubles dans l'eau. Il est donc très difficile de définir la notion de « tensioactif ». Au sens large, ce concept désigne toute substance qui, en petites quantités, modifie sensiblement les propriétés de surface d'un système dispersé.

La classification des tensioactifs est très diversifiée et parfois contradictoire. Plusieurs tentatives ont été faites pour les classer selon différents critères. Selon Rebinder, tous les tensioactifs selon leur mécanisme d'action sont divisés en quatre groupes :

– agents mouillants, antimousses et agents moussants, c’est à dire actifs à l’interface liquide-gaz. Ils peuvent réduire la tension superficielle de l'eau de 0,07 à 0,03-0,05 J/m2 ;

– dispersants, peptisants ;

– stabilisants, plastifiants d'adsorption et diluants (réducteurs de viscosité) ;

– des détergents avec toutes les propriétés des tensioactifs.

La classification des tensioactifs par fonction fonctionnelle est largement utilisée à l'étranger : diluants, agents mouillants, dispersants, défloculants, agents moussants et antimousses, émulsifiants, stabilisants de systèmes dispersés. On distingue également les liants, les plastifiants et les lubrifiants.

Sur la base de leur structure chimique, les tensioactifs sont classés selon la nature des groupes hydrophiles et des radicaux hydrophobes. Les radicaux sont divisés en deux groupes : ioniques et non ioniques, les premiers peuvent être anioniques et cationiques.

Tensioactifs non ioniques contiennent des groupes finaux non ionisants ayant une forte affinité pour le milieu de dispersion (eau), qui comprennent généralement des atomes d'oxygène, d'azote et de soufre. Les tensioactifs anioniques sont des composés dans lesquels une longue chaîne hydrocarbonée de molécules ayant une faible affinité pour le milieu de dispersion fait partie de l'anion formé dans une solution aqueuse. Par exemple, COOH est un groupe carboxyle, SO 3 H est un groupe sulfo, OSO 3 H est un groupe éther, H 2 SO 4, etc. Les tensioactifs anioniques comprennent les sels d'acides carboxyliques, les sulfates d'alkyle, les sulfonates d'alkyle, etc. former des cations contenant un long radical hydrocarboné dans des solutions aqueuses. Par exemple, l'ammonium 1-, 2-, 3- et 4-substitué, etc. Des exemples de telles substances peuvent être des sels d'amine, des bases d'ammonium, etc. Parfois, un troisième groupe de tensioactifs est isolé, qui comprend les électrolytes amphotères et les substances ampholytiques, qui, selon sa nature, la phase dispersée peut présenter des propriétés à la fois acides et basiques. Les ampholytes sont insolubles dans l'eau, mais sont actifs dans les milieux non aqueux, comme l'acide oléique dans les hydrocarbures.

Des chercheurs japonais proposent une classification des tensioactifs selon leurs propriétés physicochimiques : poids moléculaire, structure moléculaire, activité chimique, etc. Les coques gélatineuses sur les particules solides résultant des tensioactifs en raison des différentes orientations des groupes polaires et non polaires peuvent provoquer diverses effets : liquéfaction ; stabilisation; dispersion; démoussage; actions liantes, plastifiantes et lubrifiantes.

Le tensioactif n'a un effet positif qu'à une certaine concentration. Il existe des avis très différents sur la question de la quantité optimale de tensioactifs administrés. P. A. Rebinder souligne que pour les particules

1 à 10 µm, la quantité requise de tensioactif doit être de 0,1 à 0,5 %. D'autres sources donnent des valeurs de 0,05 à 1 % ou plus pour différentes dispersions. Pour les ferrites, il a été constaté que pour former une couche monomoléculaire lors du broyage à sec, il faut prendre des tensioactifs à raison de 0,25 mg pour 1 m 2 de surface spécifique du produit initial ; pour le broyage humide – 0,15–0,20 mg/m2. La pratique montre que la concentration en tensioactif dans chaque cas spécifique doit être sélectionnée expérimentalement.

Dans la technologie des MEB céramiques, on distingue quatre domaines d'application des tensioactifs, qui permettent d'intensifier les modifications et transformations physico-chimiques des matériaux et de les contrôler au cours du processus de synthèse :

– intensification des procédés de broyage fin des poudres pour augmenter la dispersion du matériau et réduire le temps de broyage lorsqu'on atteint une dispersion donnée ;

– régulation des propriétés des systèmes physiques et chimiques dispersés (suspensions, barbotines, pâtes) dans les procédés technologiques. Ce qui est important ici, ce sont les processus de liquéfaction (ou diminution de la viscosité avec augmentation de la fluidité sans diminution de la teneur en humidité), stabilisation des caractéristiques rhéologiques, démoussage dans les systèmes dispersés, etc.

– contrôle des processus de formation du chalumeau lors de la pulvérisation de suspensions lors de l'obtention de la taille, de la forme et de la dispersion spécifiées du chalumeau de pulvérisation ;

– augmenter la plasticité des masses à mouler, notamment celles obtenues lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées, et la densité des ébauches fabriquées grâce à l'introduction d'un complexe de liants, plastifiants et lubrifiants.

Les tensioactifs (tensioactifs) sont, en règle générale, des substances chimiques contenues dans tout produit de nettoyage, même le savon ordinaire. C'est grâce aux tensioactifs que le produit nettoyant nettoie.

Pourquoi les tensioactifs sont-ils nécessaires ?

Le problème est que la saleté, en particulier la graisse, est très difficile à éliminer avec de l'eau. Essayez de vous laver les mains grasses avec de l'eau. L'eau s'écoulera sans emporter la graisse. Les molécules d'eau ne collent pas aux molécules de graisse et ne les emportent pas avec elles. Par conséquent, la tâche consiste à attacher les molécules de graisse aux molécules d’eau. C’est exactement ce que font les tensioactifs. Une molécule de tensioactif est une sphère dont un pôle est lipophile (se connecte aux graisses) et l'autre est hydrophile (se connecte aux molécules d'eau). Autrement dit, une extrémité d’une particule de tensioactif est attachée à une particule de graisse et l’autre extrémité est attachée à des particules d’eau.

Comment les tensioactifs affectent-ils notre santé ?

La majeure partie de l’humidité du corps humain provient également de la graisse. Ceux. par exemple, la couche protectrice de la peau (lipides - graisses qui protègent la peau de diverses bactéries pénétrant dans l'organisme) est un film graisseux et est naturellement détruite par les tensioactifs. Et l’infection s’attaque à l’endroit le moins protégé, ce qui est bien entendu nocif pour la santé humaine. Les experts disent qu'après avoir utilisé un détergent, la couche protectrice de la peau devrait avoir le temps de récupérer dans les 4 heures jusqu'à au moins 60 %. Ce sont les normes d'hygiène établies par GOST. Cependant, tous les détergents ne permettent pas une telle restauration cutanée. Et la peau dégraissée et déshydratée vieillit plus vite.

De plus, les tensioactifs non biodégradables peuvent s'accumuler dans le cerveau, le foie, le cœur, les amas graisseux (surtout en grande quantité) et continuer à détruire l'organisme pendant longtemps. Et comme presque personne ne peut se passer de détergents, les tensioactifs sont constamment reconstitués dans notre corps, causant des dommages continus à l'organisme. Les tensioactifs affectent également la fonction reproductrice chez les hommes, à l’instar des rayonnements radioactifs.

Le problème est aggravé par le fait que nos installations de traitement éliminent mal les tensioactifs. Par conséquent, les tensioactifs nocifs nous reviennent par l’approvisionnement en eau dans presque la même concentration dans laquelle nous les versons dans les égouts. Les seules exceptions concernent les produits contenant des tensioactifs biodégradables.

Quels types de tensioactifs existe-t-il ?

Tensioactifs anioniques. Le principal avantage est le coût relativement faible, l’efficacité et la bonne solubilité. Mais ce sont eux qui sont les plus agressifs envers le corps humain.
- Tensioactifs cationiques. Ils ont des propriétés bactéricides.
- Tensioactifs non ioniques. Le principal avantage est son effet bénéfique sur le tissu et, surtout, sa biodégradabilité à 100 %.
- Tensioactifs ampholytiques. Selon l'environnement (acidité/alcalinité), ils agissent comme tensioactifs cationiques ou anioniques.

Comment les tensioactifs affectent-ils l’environnement ?

L'un des principaux effets négatifs des tensioactifs sur l'environnement est une diminution de la tension superficielle. Par exemple, dans l’océan, une modification de la tension superficielle entraîne une diminution du taux de rétention du CO2 et de l’oxygène dans la masse d’eau. Et cela affecte négativement la flore et la faune aquatiques.

De plus, presque tous les tensioactifs utilisés dans l'industrie et dans les ménages, lorsqu'ils tombent sur des particules de terre, de sable ou d'argile, dans des conditions normales, peuvent libérer des ions de métaux lourds retenus par ces particules, et ainsi augmenter le risque de pénétration de ces substances dans le corps humain. .

Qu'est-ce qu'un tensioactif biodégradable ?

L'un des principaux critères de sécurité environnementale des produits chimiques ménagers est la biodégradabilité des tensioactifs qui entrent dans leur composition. Les tensioactifs sont divisés en ceux qui sont rapidement détruits dans l'environnement et ceux qui ne le sont pas et peuvent s'accumuler dans les organismes à des concentrations inacceptables.

De plus, une distinction est faite entre la biodégradabilité primaire, qui implique des changements structurels des tensioactifs par les micro-organismes, entraînant la perte des propriétés tensioactives, et la biodégradabilité complète - la biodégradation finale des tensioactifs en dioxyde de carbone et en eau. Seuls les tensioactifs entièrement biodégradables sont sans danger.

Seuls certains tensioactifs non ioniques, principalement ceux obtenus à partir de matières premières biologiques plutôt que de produits pétroliers, sont 100 % biodégradables.

Bio-surfactant : qu'est-ce que c'est ?

En 1995, ECOVER participe avec la société française Agro-Industrie Recherches et Développements (ARD) à un projet de recherche européen dont le but était d'apprendre à synthétiser des tensioactifs à partir de déchets agricoles, comme la paille et le son de blé. Le projet a été achevé avec succès en 1999 et la production à l'échelle industrielle a commencé en 2008.

Aujourd'hui, les bio-tensioactifs constituent la base de toute la gamme de détergents à vaisselle de la marque ECOVER. Les résultats des tests confirment que ces tensioactifs ont un fort effet nettoyant, sont entièrement biodégradables et se caractérisent par une faible toxicité. C'est comme un conte de fées où la paille se transforme en or, mais c'est une histoire vraie.

Les groupes polaires des tensioactifs anioniques sont généralement des groupes carboxylate, sulfate, sulfonate et phosphate. En figue. La figure 1 montre les structures moléculaires des tensioactifs les plus courants de cette classe.

Les tensioactifs anioniques sont utilisés en quantités beaucoup plus importantes que les autres types de tensioactifs. Selon une estimation approximative, la production mondiale de tensioactifs est de 10 millions de tonnes par an, dont 60 % sont des tensioactifs anioniques.

Riz. 1. Structures de certains tensioactifs anioniques typiques

La principale raison de la popularité de ces tensioactifs est leur simplicité et leur faible coût de production. Les tensioactifs anioniques font partie de la plupart des détergents, et les tensioactifs avec des groupes alkyle ou alkylaryle contenant 12 à 18 atomes de carbone dans la chaîne hydrophobe ont le meilleur effet nettoyant.

Les contre-ions sont généralement des ions Na +, K +, NH4 +, Ca 2+ et diverses alkylamines protonées. Les ions sodium et potassium augmentent la solubilité des tensioactifs dans l’eau, tandis que les ions calcium et magnésium contribuent à augmenter la solubilité des tensioactifs dans la phase huileuse. Les amines protonées et les alcanolamines assurent la solubilité des tensioactifs dans les deux phases.

Les savons constituent également une vaste classe de tensioactifs. Ils sont produits par saponification d’huiles et de graisses naturelles. Les savons sont généralement appelés sels de métaux alcalins d'acides carboxyliques obtenus à partir de graisses animales ou d'huiles végétales. Les savons en pain contiennent généralement des acides gras dérivés du tallöl, de l’huile de palme et de l’huile de noix de coco. Lorsqu’ils sont utilisés dans des conditions optimales, les savons sont des tensioactifs idéaux. Leur principal inconvénient est la sensibilité à l’eau dure, ce qui a nécessité la création de tensioactifs synthétiques. Une application très spécifique se trouve dans le sel de lithium d'un acide gras, à savoir le 12-hydroxystéarate de lithium, qui est utilisé comme composant principal des lubrifiants.

Les alkylbenzènesulfonates constituent un groupe de tensioactifs synthétiques considérés comme les principaux « bêtes de somme ». Ils sont largement utilisés dans les produits d’entretien ménager, ainsi que dans une grande variété d’applications industrielles. Ils sont obtenus par le processus de sulfonation des alkylbenzènes. Dans la synthèse à grande échelle, le trioxyde de soufre est le plus souvent utilisé comme agent sulfonant, mais d'autres substances telles que l'acide sulfurique, l'oléum, l'acide chlorosulfonique ou l'acide amidosulfonique peuvent également être utilisées. Dans certains cas, ils s'avèrent encore plus préférables. La synthèse industrielle est réalisée selon un processus continu à l'aide d'un appareil à film fluide. La première étape du processus produit de l'acide pyrosulfonique, qui réagit lentement et spontanément pour former de l'acide sulfonique.

L'acide sulfonique est ensuite neutralisé avec de la soude caustique, entraînant la formation d'un sel d'alkylbenzènesulfonate. En raison du grand volume de substituants alkyles, des acides n-sulfoniques se forment presque exclusivement. Dans le diagramme ci-dessus, R est un groupe alkyle, contenant généralement 12 atomes de carbone. Initialement, les alkylbenzènes ramifiés étaient utilisés comme produit intermédiaire dans la synthèse des tensioactifs, mais de nos jours, ils sont presque entièrement remplacés par des dérivés linéaires, c'est pourquoi ces tensioactifs sont appelés alkylbenzènesulfonates linéaires. Le rejet des dérivés ramifiés et leur remplacement par des dérivés linéaires est principalement dû à leur biodégradation plus rapide. Les alkylbenzènes sont à leur tour préparés par alkylation du benzène avec des n-alcènes ou des chlorures d'alkyle en utilisant HF ou AICI3 comme catalyseurs. La réaction produit un mélange d'isomères avec un groupe phényle attaché à l'une des positions non terminales de la chaîne alkyle.

Un autre type de tensioactifs sulfonates utilisés dans les détergents sont les sulfonates de paraffine et d'α-oléfine, ces derniers souvent appelés AOS. Dans les cas généraux, les tensioactifs résultants sont des mélanges complexes de substances qui diffèrent par leurs propriétés physico-chimiques. Les sulfonates de paraffine, ou n-alcanesulfonates secondaires, sont principalement produits en Europe. Ils sont généralement obtenus par oxydation sulfonique d'hydrocarbures paraffiniques avec du dioxyde de soufre et de l'oxygène sous irradiation avec de la lumière ultraviolette. Dans un procédé plus ancien, mais toujours utilisé, les sulfonates de paraffine sont produits par une réaction de sulfochloration. Les deux processus sont des réactions radicalaires et, comme les atomes de carbone secondaires forment des radicaux libres plus stables que les atomes de carbone primaires, un groupe sulfo est introduit statistiquement dans tout atome de carbone non terminal de la chaîne alcane. Un mélange d'hydrocarbures C 14 -C 17, parfois appelé « euro-fraction », est la matière première hydrophobe la plus courante, et les produits finaux dans ce cas sont représentés par des mélanges très complexes d'isomères et d'homologues.

Les α-oléfines sulfonates sont préparés par la réaction d'α-oléfines linéaires avec du trioxyde de soufre ; le résultat est un mélange d'alcènesulfonates, de 3- et 4-hydroxyalcanesulfonates et de certains disulfonates et autres substances. Principalement deux fractions d'oléfines sont utilisées comme matière première : C 12 -C 16 et C 16 -C 18. Le rapport des alcènesulfonates aux hydroxyalcanesulfonates est dans une certaine mesure régulé par le rapport des quantités de SO 3 et d'oléfines introduites dans le mélange réactionnel : plus ce rapport est élevé, plus il se forme d'acide alcènesulfonique. La formation d'acide hydroxyalcane sulfonique se produit par l'intermédiaire d'une sultone cyclique intermédiaire, qui est ensuite clivée par un alcali. La sutone est toxique, il est donc important que sa concentration dans le produit final soit très faible. Le schéma d’obtention peut s’écrire comme suit :

Le disulfosuccinate de sodium est un tensioactif alkylsulfonate largement utilisé dans les études de chimie des surfaces. En raison de son groupe hydrophobe volumineux, ce tensioactif est particulièrement adapté à la production de microémulsions eau dans huile.

Les tensioactifs iséthionates de formule générale R-COOC^C^SO^Na* sont des esters d'acides gras et des sels d'acide iséthionique. Ils font partie des tensioactifs les plus doux et sont utilisés dans les formulations cosmétiques.

Les tensioactifs sulfonates, obtenus par sulfonation de lignine, de fractions pétrolières, d'alkylnaphtalènes ou d'autres fractions d'hydrocarbures bon marché, sont largement utilisés industriellement comme dispersants, émulsifiants, désémulsifiants, antimousses, agents mouillants, etc.

Les sulfates sulfonés et les alcools éthoxylés constituent un autre groupe important de tensioactifs anioniques largement utilisés dans les détergents. Ce sont des monoesters d'acide sulfurique dans lesquels la liaison ester est très labile et se brise relativement facilement à faible pH suite à l'hydrolyse autocatalytique. Comme matières premières pour ce type de tensioactif, on utilise des alcools linéaires et ramifiés avec un nombre d'atomes de carbone de 8 à 16. Lors de l'utilisation d'un alcool linéaire avec 12 atomes de carbone, on obtient de l'ester dodécylique de l'acide sulfurique, et après neutralisation avec de la soude caustique, Il se forme du dodécylsulfate de sodium - le tensioactif le plus important de ce type. Les alcools éthoxylés, couramment utilisés comme intermédiaires, sont des alcools aliphatiques comportant deux ou trois motifs oxyéthylène. Le processus est similaire à la sulfonation évoquée ci-dessus. Dans la production industrielle, le trioxyde de soufre est utilisé comme réactif,

et similaire à la sulfonation, la réaction passe par l'étape de formation de pyrosulfate comme produit intermédiaire :

La synthèse des esters sulfates d'alcools éthoxylés s'effectue de manière similaire. La réaction s'accompagne généralement de la formation d'une quantité notable de 1,4-dioxane. Le dioxane étant toxique, il doit être éliminé par distillation. De tels tensioactifs sont généralement appelés alkylsulfates éthoxylés. Ils ont de bonnes propriétés moussantes, une faible toxicité pour la peau et les yeux et sont donc utilisés dans les détergents à vaisselle et les shampoings.

Les alcools éthoxylés peuvent être convertis en carboxylates, c'est-à-dire en carboxylates d'alkyle éthoxylés. Traditionnellement, cela se faisait en utilisant du monochloroacétate de sodium :

La réaction de Williamson se déroule généralement avec un faible rendement. Les méthodes de synthèse les plus récentes sont basées sur l'oxydation d'alcools éthoxylés avec de l'oxygène ou du peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin en utilisant du platine ou du palladium comme catalyseur. Dans cette réaction, la conversion des éthoxylates se produit avec un bon rendement, mais une dégradation oxydative de la chaîne polyoxyéthylène est également possible. Les carboxylates d'alkyle éthoxylés sont utilisés dans la fabrication de produits de soins personnels ou comme co-tensioactifs dans diverses formulations de détergents liquides. Comme les sulfates d'alkyle éthoxylés, les carboxylates d'alkyle éthoxylés sont stables dans l'eau très dure. Les deux types de tensioactifs ont également une bonne capacité à disperser les savons de calcium, ce qui est très important pour les tensioactifs inclus dans les produits de soins personnels. La capacité à disperser les savons de calcium est généralement exprimée comme la quantité de tensioactif nécessaire pour disperser le savon de calcium préparé à partir de 100 g d'olet de sodium dans de l'eau d'une dureté équivalente à 0,0333 % de CaCO3.

Informations essentielles sur les tensioactifs anioniques

1. Les tensioactifs anioniques constituent la classe de tensioactifs la plus courante.

2. En règle générale, les tensioactifs anioniques sont incompatibles avec les tensioactifs cationiques.

3. Ils sont sensibles à l’eau dure et la sensibilité diminue dans l’ordre carboxylates > phosphates > sulfates « sulfonates ».

4. L'introduction d'une courte chaîne polyoxyéthylène entre le groupe anionique et le radical hydrocarboné augmente considérablement la résistance des tensioactifs anioniques aux sels.

5. L'introduction d'une courte chaîne polyoxypropylène entre le groupe anionique et le radical hydrocarboné augmente la solubilité du tensioactif dans les milieux organiques, mais peut en même temps conduire à une diminution du taux de biodégradation du tensioactif.

6. À la suite de l’hydrolyse autocatalytique, les tensioactifs sulfates s’hydrolysent rapidement dans les environnements acides. D'autres types de tensioactifs sont stables dans des conditions pas trop difficiles.

Tous les tensioactifs phosphatés commerciaux contiennent des mono- et diesters d’acide phosphorique, et la teneur relative de ces composants varie considérablement selon le fabricant. Étant donné que les propriétés physicochimiques des tensioactifs phosphates d'alkyle dépendent du rapport des différents esters, les phosphates d'alkyle de différents fabricants sont moins interchangeables que les autres types de tensioactifs. L'oxychlorure de phosphore POCI 3 peut être utilisé comme agent phosphorylant pour la production de tensioactifs phosphate d'alkyle. Dans ce cas, un mélange de mono- et diesters d'acide phosphorique se forme également.