Príklady aniónových povrchovo aktívnych látok. Povrchovo aktívne látky (tenzidy). Definícia, zloženie, klasifikácia a rozsah. Chemická štruktúra povrchovo aktívnych látok

Chemicky ide o úplne rôznorodú skupinu látok, ale spoločné je nasledovné: ak sa v sebe nerozpustia aspoň dve látky, napríklad olej a voda, tak sa pridaním povrchovo aktívnej látky zmiešajú a vznikne homogénna kvapalina . V prípade umývania riadu je to veľmi dobre viditeľné: tuk na povrchu tanierov je veľmi viditeľný a viditeľný, ale voda, najmä studená, steká po tuku, prakticky bez toho, aby ho zmyla. Len čo na tanier s tenzidom nalejete aspoň trochu čistiaceho prostriedku a rovnomerne ho nanesiete, voda okamžite odtečie a vezme so sebou aj zvyšnú mastnotu. Tuk, podobne ako olej, sa nerozpúšťa vo vode a aplikácia povrchovo aktívnej látky jednoducho pomohla oleju zmiešať sa s vodou, čím sa vytvoril „rozpúšťací“ efekt. V skutočnosti sa olej na platni zmenil z rovnomernej vrstvy na povrchu na tisíce drobných kvapôčok oleja obklopených vrstvou povrchovo aktívnych látok, ktoré so sebou voda ľahko unášala z povrchu platne.

Molekula povrchovo aktívnej látky má dve charakteristické časti: hlavu a chvost. Hlava molekuly povrchovo aktívnej látky je hydrofilná - milujúca vodu a chvost je lipofilný (milujúci olej) a hydrofóbny (bojí sa vody). Keď takáto molekula vstúpi do vody s kvapkami oleja, chvost povrchovo aktívnej látky sa snaží opustiť vodu a nachádza sa buď v oleji alebo vo vzduchu, zatiaľ čo hlava sa naopak nachádza vo vode. Molekula sa teda usadzuje na rozhraní medzi vodou a olejom a vytvára emulziu.

Druhy povrchovo aktívnych látok

Podľa chemickej povahy sa rozlišujú: aniónové, katiónové, amfotérne a neiónové (neiónové) povrchovo aktívne látky.

Aniónové povrchovo aktívne látky

Aniónové povrchovo aktívne látky (so záporne nabitou hlavou)- najpoužívanejšie detergentné zložky v kozmetike. Sú lacné, ľahko sa vyrábajú a dobre sa čistia. Navyše sa z vlasov ľahko zmývajú bez toho, aby sa na nich vytvárali filmy alebo usadeniny. Ich čistiaci účinok je rovnaký v studenej aj horúcej vode. Hlavnou nevýhodou aniónových povrchovo aktívnych látok je, že môžu dráždiť pokožku. Na zníženie podráždenia sa do prípravkov často pridávajú ďalšie skupiny povrchovo aktívnych látok.
Aniónové povrchovo aktívne látky sú hlavnými detergentnými zložkami šampónov, na dosiahnutie emulgačného účinku sa pridávajú do farbív.

Katiónové povrchovo aktívne látky

Katiónové povrchovo aktívne látky (s kladne nabitou hlavou)- slabšie pracie prostriedky ako aniónové a nepenia dobre. Avšak katiónové povrchovo aktívne látky fungujú dobre ako vlasové kondicionéry, dodávajú vlasom hebkosť a ovládateľnosť. Dokážu odstrániť negatívny náboj z vlasov, čím poskytujú antistatický účinok. Katiónové povrchovo aktívne látky „zaťažujú“ vlasy, vďaka čomu sú lepšie upraviteľné a ľahšie sa rozčesávajú a upravujú.

Pretože katiónové povrchovo aktívne látky majú náboj opačný ako aniónové povrchovo aktívne látky, neboli predtým zmiešané. Teraz je možné ich kombinovať v jednej fľaštičke, vďaka čomu katiónové povrchovo aktívne látky zjemňujú agresívny účinok šampónov a pri použití ako kondicionér dokážu neutralizovať agresívny efekt.
Katiónové povrchovo aktívne látky sa najčastejšie vyskytujú v kondicionéroch a maskách na vlasy, ale aj šampónoch na farbené vlasy a šampónoch 2 v 1. Nájdete ich aj v detských šampónoch „bez slz“, pretože nespôsobujú podráždenie očí.

Amfotérne povrchovo aktívne látky

Amfotérne povrchovo aktívne látky môže obsahovať pozitívnu alebo negatívnu skupinu v závislosti od pH. Okrem toho sa môžu správať ako katiónové povrchovo aktívne látky pri nižších hodnotách pH a aniónové povrchovo aktívne látky pri vyšších hodnotách pH. Pena týchto povrchovo aktívnych látok je mierna a dáva vlasom poddajnosť. Okrem toho skupina amfotérnych povrchovo aktívnych látok minimálne dráždi pokožku hlavy a je schopná zmierniť existujúce podráždenie. Amfotérne povrchovo aktívne látky v kombinácii s aniónovými povrchovo aktívnymi látkami zlepšujú penivosť a zvyšujú bezpečnosť formulácií a v kombinácii s katiónovými polymérmi zvyšujú pozitívne účinky kondicionačných prísad, ako sú silikóny a polyméry, na vlasy a pokožku. Aniónové povrchovo aktívne látky sa získavajú z prírodných surovín, takže ide o dosť drahé komponenty.
Amfotérne tenzidy nájdete v šampónoch pre deti (nedráždia oči), špeciálnych šampónoch na poškodené a riedke vlasy, šampónoch 2 v 1, farbách na vlasy, okysličovadlá, ale aj maskách a kondicionéroch.

Neiónové povrchovo aktívne látky

Neiónové povrchovo aktívne látky, druhá najpopulárnejšia skupina povrchovo aktívnych látok po aniónových povrchovo aktívnych látkach, majú polárne hlavy. Sú najjemnejšie zo všetkých povrchovo aktívnych látok a používajú sa v kombinácii s aniónovými povrchovo aktívnymi látkami ako sekundárny čistič, zahusťovadlo a stabilizátor peny.
Neiónové povrchovo aktívne látky sa nachádzajú takmer vo všetkých vlasových kozmetických prípravkoch, keďže sa dobre kombinujú s mnohými látkami.

Aplikácia povrchovo aktívnych látok (povrchovo aktívnych látok)

Povrchovo aktívne látky sú široko používané v priemysle, poľnohospodárstve, medicíne a každodennom živote. Svetová produkcia povrchovo aktívnych látok každým rokom rastie a podiel neiónových látok na celkovom výrobnom výkone sa neustále zvyšuje. Všetky typy povrchovo aktívnych látok sú široko používané pri výrobe a používaní syntetických materiálov. polyméry. Najdôležitejšou oblasťou spotreby micelotvorných povrchovo aktívnych látok je výroba polymérov emulznou polymerizáciou. Technológia do značnej miery závisí od typu a koncentrácie vybraných povrchovo aktívnych látok (evulgátorov). a fyzikálno-chemické. vlastnosti výsledných latexov. Povrchovo aktívne látky sa používajú aj pri suspenznej polymerizácii. Typicky sa používajú povrchovo aktívne látky s vysokou molekulovou hmotnosťou - vo vode rozpustné polyméry (volivinylalkohol, deriváty celulózy, rastlinné lepidlá atď.). Zmiešaním lakov alebo tekutých zmesí olej-živica s vodou za prítomnosti emulgátorov sa získajú emulzie, ktoré sa používajú pri výrobe plastov, kožených náhrad, netkaných materiálov, impregnovaných látok, vodou riediteľných farieb atď.

Vo výrobe farieb a lakov a plastov. Na reguláciu ich reológie sa pridávajú povrchovo aktívne látky. vlastnosti.

Na povrchovú úpravu vláknitých (tkaných a netkaných) a filmových materiálov sa používajú rôzne povrchovo aktívne látky (ako antistatické činidlá, modifikátory zvlákňovacích roztokov, detergenty. Spomedzi povrchovo aktívnych látok používaných ako vodoodpudivé látky sú najsľubnejšie organokremičité a fluórované uhľovodíkové zlúčeniny. posledne menované sú pri vhodnej orientácii molekúl v povrchovej vrstve schopné zabrániť zmáčaniu materiálu nielen vodou, ale aj uhľovodíkovými kvapalinami.

Pri výrobe hubovej gumy a penových plastov sa ako stabilizátory peny používajú povrchovo aktívne látky.

Vo vode rozpustné povrchovo aktívne látky s vysokou molekulovou hmotnosťou, okrem toho, že sa používajú vo vyššie uvedených technológiách. procesy, používané ako flokulanty pri rôznych typoch úpravy vody. S ich pomocou z odpadových a technologických. vody, ako aj z pitnej vody sa odstraňujú suspendované nečistoty.

POVRCHOVÉ LÁTKY, ktorých adsorpcia z kvapaliny na rozhraní s inou fázou (kvapalnou, pevnou alebo plynnou) vedie k: zníženie povrchového napätia (pozri Povrchová aktivita). V max. všeobecné a prakticky dôležité. V tomto prípade majú molekuly adsorbujúceho tenzidu (ióny) difilnú štruktúru, t.j. pozostávajú z polárnej skupiny a nepolárneho uhľovodíkového radikálu (difilné molekuly). Uhľovodíkový radikál má povrchovú aktivitu smerom k nepolárnej fáze (plyn, uhľovodíková kvapalina, nepolárny povrch tuhej látky), ktorá je vytlačená z polárneho prostredia. Vo vodnom roztoku povrchovo aktívnej látky sa na rozhraní so vzduchom tvorí adsorpčné činidlo. monomolekulárna vrstva s uhľovodíkovými radikálmi orientovanými do vzduchu. Keď sa nasýti, molekuly povrchovo aktívnej látky (ióny), zhutňujúce sa v povrchovej vrstve, sú umiestnené kolmo na povrch (normálna orientácia).

Koncentrácia povrchovo aktívnej látky v adsorbente. vrstva na niekoľkých. rádovo vyššie ako v objeme kvapaliny, preto aj pri zanedbateľnom obsahu vo vode (0,01-0,1 % hm.), môžu tenzidy znížiť povrchové napätie vody na rozhraní so vzduchom zo 72,8 10-3 na 25 10 -3 J/m2, t.j. takmer na povrchové napätie uhľovodíkových kvapalín. K podobnému javu dochádza aj na rozhraní vodnej povrchovo aktívnej látky a uhľovodíkovej kvapaliny, čo vytvára predpoklady pre tvorbu emulzií.

V závislosti od stavu povrchovo aktívnej látky v roztoku sa konvenčne rozlišujú pravé roztoky (molekulárne dispergované) a koloidné povrchovo aktívne látky. Podmienkou tohto delenia je, že tá istá povrchovo aktívna látka môže patriť do oboch skupín v závislosti od podmienok a chémie. povaha (polarita) r-ritela. Obe skupiny povrchovo aktívnych látok sú adsorbované na fázových hraniciach, t.j. vykazujú povrchovú aktivitu v roztokoch, zatiaľ čo objemové vlastnosti spojené s výskytom koloidnej (micelárnej) fázy vykazujú iba koloidné povrchovo aktívne látky. Tieto skupiny tenzidov sa líšia hodnotou bezrozmernej veličiny, tzv. hydrofilno-lipofilná rovnováha (HLB) a je určená pomerom:

kde je afinita (voľná interakčná energia) nepolárnej časti molekuly tenzidu k uhľovodíkovej kvapaline (b je bezrozmerný parameter v závislosti od povahy tenzidu, je voľná interakčná energia na jednu skupinu CH2, v je počet CH2 skupín v uhľovodíkovom radikále), a-afinita polárnej skupiny k vode. Pre koloidné tenzidy (b + alebo, kde indexy m zodpovedajú minimálnym hodnotám afinity, pri ktorých sa začínajú prejavovať koloidné vlastnosti tenzidu. Minimálny počet atómov uhlíka v radikále pre rôzne typy koloidných tenzidov leží v rozmedzí 8-12, to znamená, že koloidné povrchovo aktívne látky majú dosť veľký uhľovodíkový radikál. Zároveň musia mať koloidné povrchovo aktívne látky aj skutočné pH vo vode, t.j. polarita hydrofilnej skupiny musí byť tiež dosť vysoká. kondícia:

Na začiatku. 60. roky 20. storočie D. Davis vyvinul škálu HLB s hodnotami od O do 40. Povrchovo aktívne látky s lipofilnými vlastnosťami majú nízke hodnoty HLB, zatiaľ čo tie s hydrofilnými vlastnosťami majú vysoké hodnoty. Každá skupina atómov obsiahnutá v molekule povrchovo aktívnej látky má priradené číslo skupiny. Sčítaním týchto čísel sa získa GLB podľa nasledujúceho vzorca:

HLB = čísla hydrofilných skupín + 4- čísla hydrofóbnych skupín + 7.

Hoci koncept HLB je celkom formálny, umožňuje určiť oblasti použitia povrchovo aktívnych látok. Takže pre tvorbu emulzií voda/olej sa HLB pohybuje od 3-6, emulzie olej/voda - 8-16, pre zmáčadlá - 7-9, pre detergenty - 13-15.

Povrchová aktivita povrchovo aktívnych látok patriacich do rôznych skupín sa určuje odlišne. Pre skutočné povrchovo aktívne látky r-rim sa rovná max. hodnota derivátu a je meraná od počiatočnej časti adsorpčnej izotermy s(c) pri c0 (G je počet mólov povrchovo aktívnych látok adsorbovaných na jednotku plochy povrchu, R je plynová konštanta, T je absolútna teplota). Pre koloidné povrchovo aktívne látky je povrchová aktivita Gmin = (s0 - smin)/smin, kde s0 je povrchové napätie čistého p-rozpúšťadla, sMIH je najmenšia (konštantná) hodnota s a cmin je koncentrácia povrchovo aktívnej látky zodpovedajúca tejto hodnote. Ďalšie zavádzanie povrchovo aktívnej látky do roztoku vedie k zvýšeniu počtu miciel a koncentrácia molekulárne dispergovanej povrchovo aktívnej látky zostáva konštantná. Hodnota smin je kritická. koncentrácia miciel (KKM). Je definovaná ako koncentrácia povrchovo aktívnej látky, pri ktorej sa v roztoku objaví veľké množstvo miciel, ktoré sú v termodynamike. rovnováha s molekulami (iónmi) a vlastnosti roztoku sa prudko menia (elektrická vodivosť, povrchové napätie, viskozita, rozptyl svetla atď., pozri Tvorba miciel).

Klasifikácia povrchovo aktívnych látok. Tento článok popisuje klasifikáciu prijatú na III. medzinárodnom kongrese o povrchovo aktívnych látkach a odporúčanú Medzinárodnou organizáciou pre normalizáciu (ISO) v roku 1960. Je založená na chémii. charakter molekúl a zahŕňa štyri zákl. trieda povrchovo aktívnych látok: aniónové, katiónové, neiónové a amfotérne. Niekedy sa izoluje aj vysoká molekulová hmotnosť. (polymér), perfluórovaný a Kremniorg. Povrchovo aktívna látka však podľa chémie. povaha molekúl týchto povrchovo aktívnych látok môže. klasifikovaný ako jeden z vyššie uvedených. triedy.

Aniónové povrchovo aktívne látky obsahujú jednu alebo viac v molekule. polárne skupiny a disociujú sa vo vodnom roztoku za vzniku aniónov s dlhým reťazcom, ktoré určujú ich povrchovú aktivitu. Sú to skupiny: COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), kde M je kov (mono-, di- alebo trojmocný). Hydrofóbna časť molekuly je zvyčajne reprezentovaná nasýtenými alebo nenasýtenými alifatickými látkami. reťazce alebo alkyl aromatické. radikálov. Existuje 6 skupín aniónových povrchovo aktívnych látok.

1) Deriváty zlúčenín uhlíka (mydlá): RCOOM, ROOC (CH2)nCOOM, RC6H4 (CH2)nCOOM, RCH=CH -- -(CH2)nCOOM. 2) Primárne a sekundárne alkylsulfáty ROSO3M, R"R: CHOSO3M, alkylaryletylsulfáty RC6H4C2H4OSO3M, alkylcyklohexyletylsulfáty RC6H10C2H4OSO3M, atď. a dikarbónové zlúčeniny: RSO3M, RC6H4SO3M, ROOCCH2SO3M, ROOCCH2CH(COOR)SO3M (pozri Alkylbenzénsulfonáty, naftalénsulfonáty, sulfonáty). kyselina, soli nenasýtených síranov: RO(C2H4O)nSO3M, RO(C2H4O)nCH2COOM, RCOO (C2H4O)n SO3M, RC6H4 (C2H4O)2 SO3M, ROOCCH2CH (COOM) SO3M, RCH (OSO3M)-CH (CH (CH) -COOM. 5) Povrchovo aktívne látky obsahujúce dusík: amidosulfonáty RCONR"--R:-SO3M, amidosulfonáty RR"NOC--R:--SO3M, amidosulfáty RCONR"-R: --OSO3M, amidokarboxyláty RCO(NH-R" -CO)nOM, zlúčeniny s karboxylovými a sulfoskupinami RCONH-R-OCOR:(SO3M)-COOM Namiesto amidovej skupiny v mnohých takýchto zlúčeninách M.B. tiež sulfoamidová skupina, napr. RC6H4SO2NHCH2CH2SO3M. 6) Perfluórované soli. uhlíková súprava, perfluórovaná sulfoacetáty, mono- a dialkylfosfáty a fosfonáty, perfluórované. fosfonáty a iné zlúčeniny.

V aniónových povrchovo aktívnych látkach môže katión. nielen kov, ale aj org. základ. Často je to di- alebo trietanolamín. Povrchová aktivita sa začína objavovať v dĺžke hydrofóbneho reťazca C8 uhľovodíka a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa dĺžkou reťazca až do úplnej straty pH povrchovo aktívnej látky vo vode. V závislosti od štruktúry, intervaly. funkčné skupín a hydrofilnosti polárnej časti molekuly, dĺžka uhľovodíkovej časti môže dosahovať až C18. Benzénový kruh zodpovedá približne 4 atómom uhlíka, perfluórovaná metylénová skupina CF2 zodpovedá približne 2,5 až 3 metylénovým skupinám.

Naíb. bežné sú alkylsulfáty a alkylarylsulfonáty. Optim. Primárny dodecylsulfát a dodecylbenzénsulfonát s priamym reťazcom majú povrchovo aktívne vlastnosti. Tieto látky sú tepelne stabilné, málo toxické (LD50 1,5-2 g/kg, biele myši), nedráždia ľudskú pokožku a sú uspokojivo biol. rozklad vo vodných plochách (pozri nižšie), s výnimkou alkylarylsulfonátov s rozvetveným alkylovým reťazcom. Dobre sa kombinujú s inými povrchovo aktívnymi látkami, vykazujú synergizmus; ich prášky sú nehygroskopické. Sekundárne alkylsulfáty majú dobrú penivosť, ale sú tepelne nestabilné a používajú sa v kvapalnej forme. Sekundárne alkylsulfonáty majú vysokú povrchovú aktivitu, ale sú veľmi hygroskopické. Perspektívne povrchovo aktívne látky sú tie, ktorých hydrofilná časť pozostáva z viacerých. funkčné skupiny. Napríklad disodné soli kyseliny sulfojantárovej majú dobré hygienické a hygienické vlastnosti. St. vás spolu s vysokým koloidným chemickým. a technol. indikátory pri rozpustení v tvrdej vode. Povrchovo aktívne látky obsahujúce sulfónamidovú skupinu majú biol. činnosť. Dobré vlastnosti má aj dodecylfosfát.

Nazýva sa katiónový. Povrchovo aktívne látky, ktorých molekuly disociujú vo vodnom roztoku za vzniku povrchovo aktívneho katiónu s dlhým hydrofóbnym reťazcom a aniónu, zvyčajne halogenidu, niekedy aniónu kyseliny sírovej alebo fosforečnej. Medzi katiónovými povrchovo aktívnymi látkami prevládajú zlúčeniny obsahujúce dusík; praktické Používajú sa aj zložky, ktoré neobsahujú dusík: kom. sulfónium +X- a sulfoxónium +X-, fosfónium + X-, arzónium + X-, jódónium (vzorec I). Zlúčeniny obsahujúce dusík možno rozdeliť na nasledujúce. základné skupiny: 1) amíny a ich soli RNR"R: HX; 2) mono- a bi-kvartérne amóniové zlúčeniny alifatické štruktúry + X-, 2+2Х-, zlúčeniny so zmiešanou alifatickou a aromatickou štruktúrou 2 + 2Х-; 3) kvartérne amónne zlúčeniny s rôznymi funkčnými skupinami v hydrofóbnom reťazci; 4) mono- a bikvartérne amóniové zlúčeniny s atómom dusíka v heterocyklickom kruhu Posledná skupina združuje stovky povrchovo aktívnych látok priemyselného významu Najvýznamnejšie z nich sú zlúčeniny pyridínu, chinolínu ftalazín, benzimidazol, benzotiazol, benzotriazol, deriváty pyrolidínu, imidazol, piperidín, morfolín, piperazín,

benzoxazín, atď.; 5) aminoxidy RR"R:N+O- (začatá priemyselná výroba); 6) polymérne povrchovo aktívne látky (II). Používajú sa hlavne polyvinylpyridíniumhalogenidy.

molekulová povrchovo aktívna látka

Katiónové povrchovo aktívne látky znižujú povrchové napätie menej ako aniónové povrchovo aktívne látky, ale môžu interagovať. chemicky s povrchom adsorbenta, napr. s bunkovými proteínmi baktérií, čo spôsobuje baktericídny účinok. Interakcia polárnych skupín katiónových povrchovo aktívnych látok s hydroxylovými skupinami celulózových vlákien vedie k hydrofobizácii vlákien a impregnácii tkanív.

Neiónové povrchovo aktívne látky sa vo vode nedisociujú na ióny. Ich hodnota pH je spôsobená prítomnosťou hydrofilných éterových a hydroxylových skupín v molekulách, najčastejšie polyetylénglykolového reťazca. Zdá sa, že po rozpustení sa vytvárajú hydráty v dôsledku tvorby vodíkových väzieb medzi atómami kyslíka polyetylénglykolového zvyšku a molekulami vody. V dôsledku pretrhnutia vodíkovej väzby so zvyšujúcou sa teplotou klesá pH neiónových povrchovo aktívnych látok, takže pre ne je bod zákalu vyšší. Dôležitým ukazovateľom je teplotný limit micelizácie. Mn. zlúčeniny obsahujúce mobilný atóm H (zlúčeniny, alkoholy, fenoly, amíny), reagujúci s etylénoxidom, tvoria neiónové tenzidy RO (C2H4O)n H. Polarita jednej oxyetylénovej skupiny je výrazne menšia ako polarita ktorejkoľvek kyslej skupiny aniónových tenzidov . Preto, aby sa molekule dodala požadovaná hydrofilnosť a hodnota HLB, v závislosti od hydrofóbneho zvyšku, je potrebných 7 až 50 oxyetylénových skupín. Charakteristickým znakom neiónových povrchovo aktívnych látok je ich kvapalný stav a nízka penivosť vo vodných roztokoch.

Neiónové povrchovo aktívne látky sú rozdelené do skupín, ktoré sa líšia štruktúrou hydrofóbnej časti molekuly v závislosti od toho, aké látky slúžili ako základ pre výrobu polyglykoléterov. Na základe alkoholov sa získajú etoxylované alkoholy RO(C2H4O)nH; na báze karboxylových kyselín - etoxylované mastné kyseliny RCOO (C2H4O)n H; na báze alkylfenolov a alkylnaftolov - etoxylované alkylfenoly RC6H4O(C2H4O)nH a zl. RC10H60- (C2H40)nH; na báze amínov, amidov, imidazolínov - etoxylované alkylamíny RN[ (C2H4O)n H]2, zl. RCONH(C2H40)nH, zlúč. Formuláre III; na báze sulfónamidov a merkaptánov - povrchovo aktívne látky ako RSO2NC(C2H4O)nH]2 a RS(C2H4O)nH. Samostatnú skupinu tvoria proxanoly (pl u r o n i k s) - blokové kopolyméry etylénoxidov a propylénoxidov HO (C2H4O)x (C3H6O)y (C2H4O)z H, kde x, y a z sa líšia od niekoľkých. jednotky až niekoľko desiatky, a proxamíny (tetronika; forma IV) - blokové kopolyméry etylénoxidov a propylénoxidov, získané v prítom. etyléndiamín. Alkylacetylénglykoly slúžia ako základ na výrobu povrchovo aktívnych látok typu H(OC2H4)n-OCR"R:CCCR"R""0(C2H40)nH; estery fosforu typu (RO)2P(0)0(C2H40)nH; pentaerytritolétery typu V. Neiónové povrchovo aktívne látky sú produkty kondenzácie glykozidov s mastnými alkoholmi, uhličitanmi a etylénoxidom. Existujú aj povrchovo aktívne látky sorbitovej skupiny (Tweens, typ VI) - produkty adície etylénoxidu k sorbitónmonoesteru a mastnej kyseline. Kremniorg tvorí samostatnú skupinu. Povrchovo aktívna látka, napr. (CH3)3Si n-(CH2)30(C2H40)mH.

Výroba neiónových povrchovo aktívnych látok je vo väčšine prípadov založená na pridávaní etylénoxidu vo zvýšených hladinách. t-re pod tlakom v prítomnosti. katalyzátory (0,1-0,5 % CH3ONa, KOH alebo NaOH). V tomto prípade je výsledok priemerný. obsah polymérnych homológov, v ktorých je distribúcia molekulovej hmotnosti opísaná Poissonovou funkciou. Jednotlivé látky sa získavajú pridaním polyhalogénom substituovaných polyetylénglykolov k alkoholátom. Koloidná chemikália Vlastnosti povrchovo aktívnych látok tejto triedy sa značne líšia v závislosti od dĺžky hydrofilného polyglykolového reťazca a dĺžky reťazca hydrofóbnej časti takým spôsobom, že sa rozkladá. zástupcovia jedného homológa rad m.b. dobré zmáčadlá a emulgátory. Povrchové napätie homológov etoxylovaných alkylfenolov a primárnych alkoholov pri konštantnom obsahu etylénoxidových skupín klesá v súlade s Traubeho pravidlom, t.j. s každým prídavkom. Skupina CH2 znižuje povrchové napätie. V optimálnom možnosť môže dosiahnuť (28-30) 10-3 N/m pri kritickom stave. koncentrácie miciel. Micelárna hmota je pomerne veľká; u dvojčiat dosahuje napríklad 1800. Neiónové povrchovo aktívne látky sú menej citlivé na soli spôsobujúce tvrdosť vody ako aniónové a katiónové povrchovo aktívne látky. Zmáčacia schopnosť neiónových povrchovo aktívnych látok závisí od štruktúry; optim. Povrchovo aktívna látka s rozvetvenou štruktúrou má zmáčaciu schopnosť:

Hydroxyetylované alkoholy C10-C18 s n od 4 do 9 a pluronics tvoria spontánne mikroemulzie olej/voda a voda/olej. Neiónové povrchovo aktívne látky sa dobre kombinujú s inými povrchovo aktívnymi látkami a často sú zahrnuté v detergentných prípravkoch.

Amfotérne (amfolytické) povrchovo aktívne látky obsahujú v molekule hydrofilný radikál a hydrofóbnu časť, ktorá môže byť akceptorom alebo donorom protónov v závislosti od pH roztoku. Typicky tieto povrchovo aktívne látky zahŕňajú jednu alebo viac. zásadité a kyslé skupiny, môžu tiež obsahovať neiónovú polyglykolovú skupinu. V závislosti od hodnoty pH vykazujú vlastnosti katiónových alebo aniónových povrchovo aktívnych látok. Pri určitých hodnotách pH, ​​tzv. izoelektrický bod, povrchovo aktívne látky existujú vo forme zwitteriónov. Ionizačné konštanty kyslých a zásaditých skupín pravých p-rimských amfotérnych povrchovo aktívnych látok sú veľmi nízke, ale najbežnejšie sú katiónovo orientované a aniónovo orientované zwitterióny. Katiónová skupina je zvyčajne primárna, sekundárna alebo terciárna amóniová skupina, pyridínový alebo imidazolínový zvyšok. V zásade namiesto N m.b. atómy S, P, As, atď. Aniónové skupiny sú karboxylové, sulfonátové, sulfoesterové alebo fosfátové skupiny.

Podľa chémie Na základe svojej štruktúry a určitých podobností sa amfolytické povrchovo aktívne látky delia do 5 hlavných kategórií. skupiny: 1) alkylaminouhlíkové zlúčeniny RNH(CH2)nCOOH; Alkylový radikál amínu je zvyčajne normálny (priamy reťazec), ale ak sa nachádza medzi amínovou skupinou a karboxylovou skupinou, má niekedy rozvetvený charakter. Do tejto skupiny patria aj alkylaminofenylkarbónové kyseliny RNHC6H4COOH; alkylaminouhlíkové zlúčeniny s primárnou, sekundárnou alebo terciárnou aminoskupinou RCH (NH2) COOH, RCH (NHR) COOH, R(CH3)NCH2COOH; s int. hydroxylová, éterová, esterová, amidová alebo sulfoamidová skupina; látky s dvoma alebo viacerými amino a amido skupinami, s niekoľkými amino a hydroxylovými skupinami.

• 2) Alkylbetaíny sú najdôležitejšou skupinou zwitteriónových povrchovo aktívnych látok. Môžu byť rozdelené do 5 hlavných. skupiny: a) alkylbetaíny -C-alkylbetaíny RCH COO- a N-alkylbetaíny RN+(CH3)2CH2COO-; b) sulfit-, sulfo-, sulfát- a fosfátbetaíny RN+(CH3)2CH2CH2RN+(CH3)2CH2CH2, RC6H4CH2N+(CH3)2CH2CH2RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2OP; c) amidobetaíny RCONH(CH2)3N+(CH3)2COO-; d) etoxylované betaíny RN+[(C2H40)pH][(C2H40)gH]CH2COO-; e) iné zwitteriónové povrchovo aktívne látky.
• 3) Alkylimidazolínové deriváty, v molekulách ktorých majú aniónové a katiónové skupiny približne rovnaké ionizačné konštanty (formy VII a VIII), kde R-alkyl C7-C17, R"-H, Na, CH2COOM (M-kov). Podľa štruktúry a spôsobov syntézy sa rozlišujú betaínové povrchovo aktívne látky, vrátane karboxy-, sulfo-, sulfátovej alebo sulfoéterovej skupiny [forma IX; R" = (CH2)nCOO-, (CH2)3, CH2CH(OH)CH2 ] a iné ("nebetainové") imidazolínové povrchovo aktívne látky [forma X; R" = CH2COONa, (CH2)2 N (CH2COOH)2, (CH2)2 N= =CHC6H4SO3H, (CH2)2 OSO3H]. Rovnováha ionizujúcich skupín poskytuje týmto zlúčeninám dobré koloidno-chemické a hygienicko-hygienické .sv. .
• 4) Alkylaminoalkánsulfonáty a sulfáty (AAAC1 a AAAC2, v tomto poradí). Aniónový orientačný bod. látky sa ľahko transformujú do zwitteriónovej formy, čo umožňuje ich izoláciu v čistej forme. Ionizačná konštanta kyslej skupiny je oveľa väčšia ako bázická, preto sa používajú v alkalickom prostredí. Avšak v prípade viacerých zásadité skupiny a v prítomnosti ďalších hydrofilných skupín vedľa kyslej skupiny sú tieto látky vlastnosťami a oblasťami použitia podobné amfolytickým povrchovo aktívnym látkam a majú baktericídny účinok. V závislosti od ionizačných konštánt možno rozlíšiť soli AAAC1 RN(R")-R:-SO3M, AAAC2 RN(R")-R: -- OSO3M, aromatické deriváty. aminosulfónové kyseliny RR"N--Ar--SO3M, aminosulfonáty s atómom N v heterocykloch (forma XI); aminofosfáty, aminofosfonáty a iné aminozlúčeniny: zlúčeniny typu RR"R:P(O)(OH)2, RR"R "OP(0)(OH)2, kde R a R" sú dlhé a krátke uhľovodíkové radikály, R: je krátky divalentný radikál; spoj. RN(CH2CH2S03Na)2. Ich rozdielom je dobrá schopnosť rozptyľovať vápenaté mydlá a odolnosť voči soliam tvrdosti vody.
• 5) Polymérne amfolytické povrchovo aktívne látky: prírodné (proteíny, nukleové kyseliny atď.); modifikované prírodné (oligomérne proteínové hydrolyzáty, sulfátový chitín); produkty postupnej kondenzácie amínov, formaldehydu, albumínu, mastných kyselín; deriváty celulózy získané zavedením karboxylových a dietanolamínetylových skupín; syntetické, ktorých molekuly spájajú štruktúrne znaky všetkých vyššie uvedených skupín amfotérnych povrchovo aktívnych látok (pozri napríklad vzorce XII-XVI).

Aplikácia povrchovo aktívnych látok. Svetová produkcia povrchovo aktívnych látok je 2-3 kg na obyvateľa za rok. Približne 50 % vyrobených tenzidov sa používa na domácu chémiu (pracie a čistiace prostriedky, kozmetika), zvyšok sa využíva v priemysle a poľnohospodárstve. x-ve. Súčasne s každoročným nárastom produkcie povrchovo aktívnych látok sa mení pomer medzi ich používaním v bežnom živote a priemysle v prospech priemyslu.

Použitie povrchovo aktívnych látok je určené ich povrchovou aktivitou a adsorpčnou štruktúrou. vrstiev a objemových svätých. Povrchovo aktívne látky oboch skupín (pravý r-rime a koloidné) sa používajú ako dispergačné činidlá na brúsenie pevných látok, vŕtanie tvrdých hornín (reduktory tvrdosti), na zlepšenie mazacieho účinku, zníženie trenia a opotrebenia, intenzitu regenerácie oleja atď. Iné. Dôležitým aspektom použitia povrchovo aktívnych látok je tvorba a deštrukcia pien, emulzií a mikroemulzií. Povrchovo aktívne látky sú široko používané na reguláciu tvorby štruktúry a stability dispergovaných systémov s kvapalným disperzným médiom (vodným a organickým). Široko používané sú micelárne systémy tvorené povrchovo aktívnymi látkami vo vodnom aj nevodnom prostredí, pre ktoré nie je dôležitá povrchová aktivita povrchovo aktívnych látok ani ich adsorpčné vlastnosti. vrstvy, a objemové vlastnosti: výrazné anomálie viskozity so zvýšením koncentrácie tenzidu až po vznik napr. vo vodnom prostredí kryštalizácia. tuhé mydlové štruktúry alebo pevné tvarované štruktúry (v mazivách na báze ropných olejov).

Povrchovo aktívne látky sa používajú vo viac ako 100 odvetviach národného hospodárstva. Väčšina vyrobených povrchovo aktívnych látok sa používa v pracích prostriedkoch, pri výrobe látok a produktov na syntetickej báze. a prirodzené vlákna Medzi hlavných spotrebiteľov povrchovo aktívnych látok patrí ropa, chemikálie. priemysel, priemysel sa buduje. materiály a množstvo ďalších. Naíb. dôležité aplikácie povrchovo aktívnych látok:

• - vŕtanie pomocou ílových roztokov a reverzibilných emulzií voda/olej. Na reguláciu agregačnej stability a reológie. charakteristiky roztokov, používa sa vysokokomol. Do emulzií sa zavádzajú povrchovo aktívne látky - vo vode rozpustné étery celulózy, polyakrylamid atď., Prírodné vápenaté soli. a syntetické mastné kyseliny (C16-C18 a vyššie), alkyl aromatické. sulfonáty, alkylamíny, alkylamidoamíny, alkylimidazolíny;
• -zvýšená regenerácia oleja vďaka micelárnej záplave (etoxylované alkylfenoly a alkoholy, alkylaromatické sulfonáty);
• - antioxidant, extrémny tlak a iné prísady pri výrobe minerálov. oleje (syntetické mastné mydlá, ropné sulfonáty, oxyetylalkoholy) a plasty. lubrikanty (deriváty fenolu, arylamíny, alkyl a aryl fosfáty);
• - regulácia zmáčania pri flotácii železných a mangánových rúd (prírodné a syntetické mastné mydlá, vyššie alifatické amíny), rúd vzácnych kovov (kyseliny alkylarzón a alkylfosfónové, alkylaromatické sulfonáty);
• -emulzná polymerizácia, výroba polystyrénu a iných vinylových polymérov (karboxymetylcelulóza, polyvinylalkohol, syntetické mastné mydlá, alkylsulfáty, etoxylované alkoholy a alkylfenoly);
• - chemická výroba vlákna (oxyetylénamíny a amidy, proxanoly a proxamíny, vyššie alkoholy a zlúčeniny);
• -kožušina. spracovanie kovov: adsorpcia. zníženie pevnosti, zvýšenie rýchlosti rezania, hobľovania, frézovania (prírodné a syntetické mastné mydlá, alkylaromatické sulfonáty, oxyetylalkoholy atď.);
• -buduje sa priemysel. materiály: regulácia srsti. a reo-logické. V betónových zmesiach v dôsledku adsorpcie sv. modifikácia komponentov (estery syntetických mastných kyselín, sulfonáty, alkylamíny, alkylsulfáty, oxyetyl ​​mastné kyseliny);
• -výroba syntetických detergentov;
• -zlepšenie pôdnej štruktúry, zabránenie eróznym procesom (povrchovo aktívne polyelektrolyty - produkty neúplnej hydrolýzy polyakrylonitrilu, produkty amidácie polyakrylových a polymetakrylových zlúčenín a zloženie polymérneho reťazca sa mení medzi amidovými, cyklickými imidmi, karboxylovými a inými skupinami).

Biologický rozklad povrchovo aktívnych látok. Vodné roztoky povrchovo aktívnych látok vo väčších alebo menších koncentráciách sa dostávajú do priemyselných odpadových vôd. vody a nakoniec do nádrží. Veľká pozornosť sa venuje čisteniu odpadových vôd od povrchovo aktívnych látok, keďže v dôsledku nízkej rýchlosti rozkladu povrchovo aktívnych látok sú škodlivé následky ich vplyvu na prírodu a živé organizmy nepredvídateľné. Odpadová voda obsahujúca produkty hydrolýzy polyfosfátových povrchovo aktívnych látok môže spôsobiť intenzívny rast rastlín, čo vedie k znečisteniu predtým čistých vodných útvarov: keď rastliny odumierajú, začnú hniť a voda je ochudobnená o kyslík, čo následne zhoršuje podmienky pre existenciu iné formy života vo vode.

Medzi spôsoby čistenia odpadových vôd v usadzovacích nádržiach patrí premena povrchovo aktívnych látok na penu, adsorpcia aktívnym uhlím, použitie iónomeničových živíc, neutralizácia katiónovými látkami atď. Tieto metódy sú drahé a málo účinné, preto je výhodnejšie čistiť odpadové vody od povrchovo aktívnych látok v usadzovacích nádržiach (prevzdušňovacie nádrže) a v prírodnom podmienok (v nádržiach) biol. oxidácia vplyvom heterotrofných baktérií (prevládajúci rod je Pseudomonas), ktoré sú súčasťou aktivovaného kalu. Vo vzťahu k tomuto procesu sa povrchovo aktívne látky zvyčajne delia na „mäkké“ a „tvrdé“. Tvrdé povrchovo aktívne látky zahŕňajú určité alkylbenzénsulfonáty (napríklad tetrapropylbenzénsulfonát) a oxyetylén. izooktylfenoly; v súčasnosti sa prakticky nevyrábajú. Stupeň biooxidácie tzv. mäkké povrchovo aktívne látky závisí od štruktúry hydrofóbnej časti molekuly povrchovo aktívnej látky: keď je rozvetvená, biooxidácia sa prudko zhoršuje. Teoreticky biooxidácia pokračuje ku konverzii. org. vo vode a oxid uhličitý, prakticky. problém sa týka iba času oxidácie, t.j. kinetiky procesu. Ak vyštudujú. oxidácia prebieha pomaly, povrchovo aktívna látka má čas vyvolať škodlivý účinok na živé organizmy a prírodu. streda.

S biochemickými Pri čistení odpadových roztokov povrchovo aktívnych látok sa oxidácia uskutočňuje v prítomnosti enzýmy. So zvyšujúcou sa teplotou sa rýchlosť oxidácie zvyšuje, ale nad 350 C sú enzýmy zničené. Aniónové povrchovo aktívne látky sú adsorbované na medzifázových rozhraniach, v dôsledku čoho sa znižuje enzymatická hydrolýza tukov, bielkovín a sacharidov, čo vedie k inhibícii bakteriálnej aktivity.

Mechanizmus biooxidácie povrchovo aktívnych látok je stanovený štúdiom medziproduktov. produkty rozkladu. Takže medzitým. v produktoch rozkladu alkylbenzénsulfonátov sa našli tieto produkty: alkylbenzénsulfonáty s krátkym alkylovým reťazcom; sulfofenylkarbónové zlúčeniny s priemerne 4 atómami uhlíka v reťazci; sulfokarbonátové zlúčeniny s 5 až 6 atómami uhlíka; sulfónové kyseliny a sulfónové kyseliny. To naznačuje, že biodegradácia začína od koncovej metylovej skupiny. Čím bližšie sa zvyšok pohybuje k benzénovému kruhu, tým pomalšie prebieha oxidácia. Konečným stupňom je rozklad benzénového kruhu na nenasýtenosť. zlúčeniny, ktoré oxidujú pomerne rýchlo a úplne.

Alifatich. Povrchovo aktívne látky oxidujú rýchlejšie ako cyklické a sulfonáty sa oxidujú ťažšie ako sulfáty.

Zrejme je to spôsobené tým, že sírany vo vode sú hydrolyzované. Primárne a sekundárne alkylsulfáty s priamym reťazcom sú úplne zničené v odpadovej vode do 1 hodiny. Alkylsulfáty s rozvetveným reťazcom oxidujú pomalšie, zatiaľ čo alkylbenzénsulfonáty s priamym reťazcom sa úplne rozložia len za 3 dni. Biodegradácia katiónových povrchovo aktívnych látok bola málo študovaná, niektorí výskumníci neodporúčajú ich likvidáciu do odpadových vôd.

Rast výroby povrchovo aktívnych látok viedol k vzniku veľkých podnikov, ktoré sú miestnymi zdrojmi znečistenia vôd. Vysoko koncentrovaný odpadové vody z týchto podnikov môžu byť mikrobiol purifikovaný metóda založená na použití vysoko aktívnych kultúr mikroorganizmov. Boli získané kmene baktérií, ktoré ničia alkylsulfáty, alkylsulfonáty, alkylbenzénsulfonáty, sulfoetoxyláty atď. Boli identifikované medziprodukty. produkty rozkladu, ktoré sú analógmi prírody. in-c, netoxické a nemajú nepriaznivý vplyv na životné prostredie. Jedným z dôležitých výsledkov bakteriálneho trávenia je absencia medziproduktov. produkty rozkladu látok s jasne vyjadrenou difilitou molekúl. Uvedená metóda bude klásť. výsledky pre odpadové vody obsahujúce 500 mg/l povrchovo aktívnej látky. Účinnosť čistenia bola 95-97% za nie viac ako 12 hodín.Medzi gramnegatívne. baktérie, našli sa mikroorganizmy (deštruktory), ktoré absorbujú povrchovo aktívne látky ako výživu. substrát.

Technologické povrchovo aktívne látky a ich mazivosť

Povrchovo aktívne látky (tenzidy) sú chemické zlúčeniny, ktoré koncentráciou na rozhraní spôsobujú zníženie povrchového napätia.

Významný vplyv technologických povrchovo aktívnych látok sa prejavuje priamym aj nepriamym (prostredníctvom zmien štruktúry) ovplyvnením povrchových javov na rozhraní mazivo-kov, t.j. o mazacej a ochrannej schopnosti mazív. Nielen jednotlivé povrchovo aktívne látky, ale aj oxidačné produkty vznikajúce pri procese prípravy (t.j. TPAS) a prevádzke mazív majú významný vplyv na procesy trenia a opotrebovania. Ešte v 50. rokoch 20. storočia D.S. Velikovsky a jeho kolegovia vyvinuli prísady radu MNI, ktoré sú produktmi oxidácie vazelíny alebo ceresínu. Ukázalo sa, že nositeľmi ich funkčných vlastností vrátane ochrany proti opotrebeniu sú esterové kyseliny obsahujúce aktívne skupiny COOH, COOC, OH, ako aj laktónové skupiny tvoriace kvázikryštalické štruktúry.

Povrchovo aktívne látky majú polárnu (asymetrickú) molekulárnu štruktúru, sú schopné adsorbovať sa na rozhraní dvoch médií a znižovať voľnú povrchovú energiu systému. Celkom bezvýznamné pridania povrchovo aktívnych látok môžu zmeniť vlastnosti povrchu častíc a dať materiálu nové kvality. Pôsobenie povrchovo aktívnych látok je založené na fenoméne adsorpcie, ktorá súčasne vedie k jednému alebo dvom opačným účinkom: zníženiu interakcie medzi časticami a stabilizácii rozhrania medzi nimi v dôsledku tvorby medzifázovej vrstvy. Väčšina povrchovo aktívnych látok sa vyznačuje lineárnou štruktúrou molekúl, ktorých dĺžka výrazne presahuje priečne rozmery (obr. 15). Molekulové radikály pozostávajú zo skupín, ktoré sú svojimi vlastnosťami príbuzné molekulám rozpúšťadla, a z funkčných skupín s vlastnosťami, ktoré sa od nich výrazne líšia. Sú to polárne hydrofilné skupiny, s výraznými valenčnými väzbami a s určitým účinkom na zmáčanie, mazanie a iné účinky spojené s koncepciou povrchovej aktivity . Súčasne s uvoľňovaním tepla v dôsledku adsorpcie klesá prísun voľnej energie. Hydrofilné skupiny na koncoch uhľovodíkových nepolárnych reťazcov môžu byť hydroxyl - OH, karboxy - COOH, amino - NH 2, sulfo - SO a iné silne interagujúce skupiny. Funkčné skupiny sú hydrofóbne uhľovodíkové radikály charakterizované bočnými valenčnými väzbami. Hydrofóbne interakcie existujú nezávisle od medzimolekulových síl a sú ďalším faktorom, ktorý podporuje približovanie sa, „zlepenie sa“ nepolárnych skupín alebo molekúl. Adsorpčná monomolekulárna vrstva molekúl povrchovo aktívnej látky je orientovaná voľnými koncami uhľovodíkových reťazcov smerom od

povrchu častíc a robí ho nezmáčateľným, hydrofóbnym.

Účinnosť konkrétnej povrchovo aktívnej prísady závisí od fyzikálno-chemických vlastností materiálu. Povrchovo aktívna látka, ktorá vyvoláva účinok v jednom chemickom systéme, nemusí mať žiadny účinok alebo môže mať jasne opačný účinok v inom. V tomto prípade je veľmi dôležitá koncentrácia povrchovo aktívnej látky, ktorá určuje stupeň nasýtenia adsorpčnej vrstvy. Niekedy zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou vykazujú účinok podobný povrchovo aktívnym látkam, hoci nemenia povrchové napätie vody, napríklad polyvinylalkohol, deriváty celulózy, škrob a dokonca aj biopolyméry (bielkovinové zlúčeniny). Účinok povrchovo aktívnych látok môžu vyvolať elektrolyty a látky nerozpustné vo vode. Preto je veľmi ťažké definovať pojem „povrchovo aktívna látka“. V širšom zmysle sa tento pojem vzťahuje na akúkoľvek látku, ktorá v malých množstvách výrazne mení povrchové vlastnosti rozptýleného systému.

Klasifikácia povrchovo aktívnych látok je veľmi rôznorodá a v niektorých prípadoch protichodná. Bolo urobených niekoľko pokusov klasifikovať podľa rôznych kritérií. Podľa Rebindera sú všetky povrchovo aktívne látky podľa mechanizmu účinku rozdelené do štyroch skupín:

– zmáčadlá, odpeňovače a penotvorné látky, t. j. aktívne na rozhraní kvapalina-plyn. Dokážu znížiť povrchové napätie vody z 0,07 na 0,03–0,05 J/m2;

– disperzanty, peptizéry;

– stabilizátory, adsorpčné zmäkčovadlá a riedidlá (znižovače viskozity);

– pracie prostriedky so všetkými vlastnosťami povrchovo aktívnych látok.

V zahraničí je široko používané triedenie tenzidov podľa funkčného účelu: riedidlá, zmáčadlá, dispergačné činidlá, deflokulanty, penotvorné činidlá a odpeňovače, emulgátory, stabilizátory disperzných systémov. Rozlišujú sa aj spojivá, zmäkčovadlá a mazivá.

Na základe svojej chemickej štruktúry sa povrchovo aktívne látky klasifikujú v závislosti od povahy hydrofilných skupín a hydrofóbnych radikálov. Radikály sa delia do dvoch skupín – iónové a neiónové, prvé môžu byť aniónové a katiónové.

Neiónové povrchovo aktívne látky obsahujú neionizujúce konečné skupiny s vysokou afinitou k disperznému médiu (voda), ktoré zvyčajne obsahujú atómy kyslíka, dusíka a síry. Aniónové povrchovo aktívne látky sú zlúčeniny, v ktorých je súčasťou aniónu vytvoreného vo vodnom roztoku dlhý uhľovodíkový reťazec molekúl s nízkou afinitou k disperznému médiu. Napríklad COOH je karboxylová skupina, SO 3 H je sulfoskupina, OSO 3 H je éterová skupina, H 2 SO 4 atď. Aniónové povrchovo aktívne látky zahŕňajú soli karboxylových kyselín, alkylsulfáty, alkylsulfonáty atď. Katiónové látky tvoria vo vodných roztokoch katióny obsahujúce dlhý uhľovodíkový radikál. Napríklad 1-, 2-, 3- a 4-substituované amónium atď. Príkladmi takýchto látok môžu byť amínové soli, amónne zásady atď. Niekedy sa izoluje tretia skupina povrchovo aktívnych látok, ktorá zahŕňa amfotérne elektrolyty a amfolytické látky, ktorý v závislosti od Prirodzene môže dispergovaná fáza vykazovať kyslé aj zásadité vlastnosti. Amfolyty sú nerozpustné vo vode, ale sú aktívne v nevodných médiách, ako je kyselina olejová v uhľovodíkoch.

Japonskí vedci navrhujú klasifikáciu povrchovo aktívnych látok podľa fyzikálno-chemických vlastností: molekulová hmotnosť, molekulárna štruktúra, chemická aktivita atď. účinky: skvapalnenie; stabilizácia; rozptyľovanie; odpeňovanie; väzbové, plastifikačné a mazacie účinky.

Povrchovo aktívna látka pôsobí pozitívne len pri určitej koncentrácii. Na problematiku optimálneho množstva podávaných tenzidov sú veľmi rozdielne názory. P. A. Rebinder upozorňuje, že pre častice

1–10 µm požadované množstvo povrchovo aktívnej látky by malo byť 0,1–0,5 %. Iné zdroje uvádzajú hodnoty 0,05–1 % alebo viac pre rôzne rozptyly. Pre ferity sa zistilo, že na vytvorenie monomolekulárnej vrstvy počas suchého mletia sa povrchovo aktívne látky musia odoberať v množstve 0,25 mg na 1 m2 špecifického povrchu pôvodného produktu; na mokré brúsenie – 0,15–0,20 mg/m2. Prax ukazuje, že koncentrácia povrchovo aktívnej látky sa musí v každom konkrétnom prípade zvoliť experimentálne.

V technológii keramických SEM možno rozlíšiť štyri oblasti použitia povrchovo aktívnych látok, ktoré umožňujú zintenzívniť fyzikálno-chemické zmeny a premeny v materiáloch a riadiť ich počas procesu syntézy:

– zintenzívnenie procesov jemného mletia práškov na zvýšenie disperzie materiálu a skrátenie doby mletia pri dosiahnutí danej disperzie;

– regulácia vlastností fyzikálnych a chemických disperzných systémov (suspenzie, sklzy, pasty) v technologických procesoch. Dôležité sú tu procesy skvapalňovania (resp. zníženie viskozity so zvýšením tekutosti bez zníženia obsahu vlhkosti), stabilizácia reologických charakteristík, odpeňovanie v disperzných systémoch atď.;

– kontrola procesov tvorby horákov pri striekaní suspenzií pri získaní špecifikovanej veľkosti, tvaru a rozptylu striekacej horáky;

– zvýšenie plasticity formovacích hmôt, najmä tých, ktoré sa získajú vystavením zvýšeným teplotám, a hustoty vyrobených polotovarov v dôsledku zavedenia komplexu spojív, zmäkčovadiel a mazív.

Povrchovo aktívne látky (tenzidy) sú spravidla chemické látky, ktoré sú obsiahnuté v akomkoľvek čistiacom prostriedku, dokonca aj v obyčajnom mydle. Čistiaci prostriedok čistí práve vďaka povrchovo aktívnym látkam.

Prečo sú potrebné povrchovo aktívne látky?

Problémom je, že nečistoty, najmä mastnotu, sa vodou veľmi ťažko zmývajú. Skúste si umyť mastné ruky vodou. Voda odtečie bez zmytia tuku. Molekuly vody sa nelepia na molekuly tuku a neberú ich so sebou. Úlohou je preto naviazať molekuly tuku na molekuly vody. Presne to robia povrchovo aktívne látky. Molekula povrchovo aktívnej látky je guľa, ktorej jeden pól je lipofilný (spája sa s tukmi) a druhý je hydrofilný (spája sa s molekulami vody). To znamená, že jeden koniec častice povrchovo aktívnej látky je pripojený k častici tuku a druhý koniec je pripojený k časticiam vody.

Ako povrchovo aktívne látky ovplyvňujú naše zdravie?

Väčšina vlhkosti v ľudskom tele je tiež založená na tuku. Tie. napríklad ochranná vrstva kože (lipidy – tuky, ktoré chránia kožu pred vstupom rôznych baktérií do tela) je tukový film a je prirodzene ničený povrchovo aktívnymi látkami. A infekcia napáda miesto, ktoré je najmenej chránené, čo je samozrejme škodlivé pre ľudské zdravie. Odborníci tvrdia, že po použití pracieho prostriedku by sa ochranná vrstva pokožky mala stihnúť zotaviť do 4 hodín aspoň na 60 %. Toto sú hygienické normy stanovené spoločnosťou GOST. Nie všetky čistiace prostriedky však poskytujú takúto obnovu pokožky. A beztuková a dehydrovaná pokožka starne rýchlejšie.

Okrem toho sa biologicky neodbúrateľné povrchovo aktívne látky môžu hromadiť v mozgu, pečeni, srdci, tukových zásobách (hlavne veľa) a dlhodobo ničia telo. A keďže sa takmer nikto nezaobíde bez čistiacich prostriedkov, povrchovo aktívne látky sa v našom tele neustále dopĺňajú, čím organizmus neustále škodí. Povrchovo aktívne látky ovplyvňujú aj reprodukčnú funkciu u mužov, podobne ako rádioaktívne žiarenie.

Problém zhoršuje skutočnosť, že naše zariadenia na úpravu odvádzajú nedostatočnú prácu pri odstraňovaní povrchovo aktívnych látok. Škodlivé tenzidy sa nám teda vracajú prívodom vody takmer v rovnakej koncentrácii, v akej ich vylievame do odtoku. Jedinou výnimkou sú produkty s biologicky odbúrateľnými povrchovo aktívnymi látkami.

Aké druhy povrchovo aktívnych látok existujú?

Aniónové povrchovo aktívne látky. Hlavnou výhodou je relatívne nízka cena, účinnosť a dobrá rozpustnosť. Ale sú najagresívnejšie voči ľudskému telu.
- Katiónové povrchovo aktívne látky. Majú baktericídne vlastnosti.
- Neiónové povrchovo aktívne látky. Hlavnou výhodou je jej priaznivý vplyv na tkaninu a hlavne 100% biologická odbúrateľnosť.
- Amfolytické povrchovo aktívne látky. V závislosti od prostredia (kyslosť/zásaditosť) pôsobia buď ako katiónové alebo aniónové povrchovo aktívne látky.

Ako povrchovo aktívne látky ovplyvňujú životné prostredie?

Jedným z hlavných negatívnych účinkov povrchovo aktívnych látok v životnom prostredí je zníženie povrchového napätia. Napríklad v oceáne vedie zmena povrchového napätia k zníženiu miery zadržiavania CO2 a kyslíka vo vodnej hmote. A to negatívne ovplyvňuje vodnú flóru a faunu.

Okrem toho takmer všetky povrchovo aktívne látky používané v priemysle a domácnostiach môžu pri dopade na častice zeme, piesku alebo ílu za normálnych podmienok uvoľňovať ióny ťažkých kovov zadržiavané týmito časticami, a tým zvyšovať riziko vniknutia týchto látok do ľudského tela. .

Čo je to biologicky odbúrateľná povrchovo aktívna látka?

Jedným z hlavných kritérií environmentálnej bezpečnosti chemikálií pre domácnosť je biologická odbúrateľnosť povrchovo aktívnych látok, ktoré sú súčasťou ich zloženia. Povrchovo aktívne látky sa delia na tie, ktoré sa v prostredí rýchlo ničia a tie, ktoré sa neničia a môžu sa v organizmoch hromadiť v neprijateľných koncentráciách.

Okrem toho sa rozlišuje primárna biologická odbúrateľnosť, ktorá implikuje štrukturálne zmeny povrchovo aktívnych látok mikroorganizmami, ktoré vedú k strate povrchovo aktívnych vlastností, a úplná biologická odbúrateľnosť – konečná biodegradácia povrchovo aktívnych látok na oxid uhličitý a vodu. Bezpečné sú len úplne biologicky odbúrateľné povrchovo aktívne látky.

Len niektoré neiónové povrchovo aktívne látky, predovšetkým tie, ktoré sa získavajú z biologických surovín a nie z ropných produktov, sú 100% biologicky odbúrateľné.

Bio povrchovo aktívna látka - čo to je?

V roku 1995 sa ECOVER spolu s francúzskou spoločnosťou Agro-Industrie Recherches et Développements (ARD) zúčastnil európskeho výskumného projektu, ktorého cieľom bolo naučiť sa syntetizovať povrchovo aktívne látky z poľnohospodárskeho odpadu, ako je slama a pšeničné otruby. Projekt bol úspešne dokončený už v roku 1999 a výroba v priemyselnom meradle začala v roku 2008.

Bio-tenzidy dnes tvoria základ celého radu umývacích prostriedkov značky ECOVER. Výsledky testov potvrdzujú, že takéto povrchovo aktívne látky majú silný čistiaci účinok, sú úplne biologicky odbúrateľné a vyznačujú sa nízkou toxicitou. Je to ako v rozprávke, kde sa slama zmenila na zlato, ale toto je skutočný príbeh.

Polárne skupiny v aniónových povrchovo aktívnych látkach sú zvyčajne karboxylátové, sulfátové, sulfonátové a fosfátové skupiny. Na obr. Obrázok 1 ukazuje molekulárne štruktúry najbežnejších povrchovo aktívnych látok tejto triedy.

Aniónové povrchovo aktívne látky sa používajú v oveľa väčších množstvách ako iné typy povrchovo aktívnych látok. Podľa hrubého odhadu je svetová produkcia povrchovo aktívnych látok 10 miliónov ton ročne, z čoho 60 % tvoria aniónové povrchovo aktívne látky.

Ryža. 1. Štruktúry niektorých typických aniónových povrchovo aktívnych látok

Hlavným dôvodom popularity týchto povrchovo aktívnych látok je ich jednoduchosť a nízke výrobné náklady. Aniónové povrchovo aktívne látky sú súčasťou väčšiny detergentov a povrchovo aktívne látky s alkylovými alebo alkylarylovými skupinami obsahujúcimi 12-18 atómov uhlíka v hydrofóbnom reťazci majú najlepší čistiaci účinok.

Protiiónmi sú zvyčajne ióny Na+, K+, NH4+, Ca2+ a rôzne protónované alkylamíny. Ióny sodíka a draslíka zvyšujú rozpustnosť povrchovo aktívnych látok vo vode, zatiaľ čo ióny vápnika a horčíka pomáhajú zvyšovať rozpustnosť povrchovo aktívnych látok v olejovej fáze. Protónované amíny a alkanolamíny zabezpečujú rozpustnosť povrchovo aktívnych látok v oboch fázach.

Mydlá tiež tvoria obrovskú triedu povrchovo aktívnych látok. Vyrábajú sa zmydelňovaním prírodných olejov a tukov. Mydlá sa zvyčajne nazývajú soli alkalických kovov karboxylových kyselín získané zo živočíšnych tukov alebo rastlinných olejov. Mydlá zvyčajne obsahujú mastné kyseliny, ktoré sú odvodené z talového oleja, palmového oleja a kokosového oleja. Pri použití za optimálnych podmienok sú mydlá ideálnymi povrchovo aktívnymi látkami. Ich hlavnou nevýhodou je citlivosť na tvrdú vodu, čo predurčilo potrebu vytvárať syntetické povrchovo aktívne látky. Veľmi špecifické uplatnenie nachádza lítna soľ mastnej kyseliny, konkrétne 12-hydroxystearát lítny, ktorý sa používa ako hlavná zložka mazív.

Alkylbenzénsulfonáty tvoria skupinu syntetických povrchovo aktívnych látok, ktoré sa považujú za hlavných „ťažných koní“. Sú široko používané v čistiacich prostriedkoch pre domácnosť, ako aj v širokej škále priemyselných aplikácií. Získavajú sa sulfonačným procesom alkylbenzénov. Pri syntéze vo veľkom meradle sa ako sulfonačné činidlo najčastejšie používa oxid sírový, ale môžu sa použiť aj iné látky, ako je kyselina sírová, oleum, kyselina chlórsulfónová alebo kyselina amidosulfónová. V niektorých prípadoch sa ukáže, že sú ešte výhodnejšie. Priemyselná syntéza sa uskutočňuje kontinuálnym procesom s použitím voľne tečúceho filmového aparátu. Prvý stupeň procesu produkuje kyselinu pyrosulfónovú, ktorá ďalej pomaly a spontánne reaguje za vzniku kyseliny sulfónovej.

Kyselina sulfónová sa potom neutralizuje lúhom sodným, čo vedie k vytvoreniu alkylbenzénsulfonátovej soli. V dôsledku veľkého objemu alkylových substituentov vznikajú takmer výlučne n-sulfónové kyseliny. Vo vyššie uvedenom diagrame R je alkylová skupina, typicky obsahujúca 12 atómov uhlíka. Spočiatku sa ako medziprodukt pri syntéze povrchovo aktívnych látok používali rozvetvené alkylbenzény, ale v súčasnosti sú takmer úplne nahradené lineárnymi derivátmi, preto sa takéto povrchovo aktívne látky nazývajú lineárne alkylbenzénsulfonáty. Odmietanie rozvetvených derivátov a ich nahradenie lineárnymi je spôsobené najmä ich rýchlejšou biodegradáciou. Alkylbenzény sa zase pripravujú alkyláciou benzénu s n-alkénmi alebo alkylchloridmi s použitím HF alebo AICI3 ako katalyzátorov. Reakciou vzniká zmes izomérov s fenylovou skupinou pripojenou k jednej z nekoncových polôh v alkylovom reťazci.

Ďalším typom sulfonátových povrchovo aktívnych látok používaných v detergentoch sú parafínové a a-olefínsulfonáty, ktoré sa často nazývajú AOS. Vo všeobecnosti sú výsledné povrchovo aktívne látky komplexné zmesi látok, ktoré sa líšia fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Parafínsulfonáty alebo sekundárne n-alkánsulfonáty sa vyrábajú najmä v Európe. Získavajú sa spravidla sulfónovou oxidáciou parafínových uhľovodíkov oxidom siričitým a kyslíkom pri ožarovaní ultrafialovým svetlom. Pri staršom spôsobe, ktorý sa však stále používa, sa parafínsulfonáty vyrábajú sulfochloračnou reakciou. Oba procesy sú radikálové reakcie a keďže sekundárne uhlíkové atómy tvoria stabilnejšie voľné radikály ako primárne uhlíkové atómy, sulfoskupina sa štatisticky zavedie na ktorýkoľvek nekoncový uhlíkový atóm alkánového reťazca. Najbežnejšou hydrofóbnou surovinou je zmes uhľovodíkov C14-C17, niekedy nazývaná aj „eurofrakcia“, pričom finálne produkty sú v tomto prípade reprezentované veľmi zložitými zmesami izomérov a homológov.

a-olefínsulfonáty sa pripravujú reakciou lineárnych a-olefínov s oxidom sírovým; výsledkom je zmes alkénsulfonátov, 3- a 4-hydroxyalkánsulfonátov a niektorých disulfonátov a iných látok. Ako surovina sa používajú hlavne dve olefínové frakcie: C12-C16 a C16-C18. Pomer alkénsulfonátov k hydroxyalkánsulfonátom je do určitej miery regulovaný pomerom množstva S03 a olefínov zavedených do reakčnej zmesi: čím vyšší je tento pomer, tým viac kyseliny alkénsulfónovej vzniká. K tvorbe kyseliny hydroxyalkánsulfónovej dochádza prostredníctvom medziproduktu cyklického sultónu, ktorý sa potom štiepi alkáliou. Sutone je toxický, preto je dôležité, aby jeho koncentrácia v konečnom produkte bola veľmi nízka. Schéma získania môže byť napísaná takto:

Disulfosukcinát sodný je alkylsulfonátový surfaktant široko používaný v štúdiách povrchovej chémie. Vďaka svojej objemnej hydrofóbnej skupine je táto povrchovo aktívna látka obzvlášť vhodná na výrobu mikroemulzií typu voda v oleji.

Izetionátové povrchovo aktívne látky so všeobecným vzorcom R-COOC^C^SO^Na* sú estery mastných kyselín a soli kyseliny isetiónovej. Patria medzi najjemnejšie povrchovo aktívne látky a používajú sa v kozmetických prípravkoch.

Sulfonátové tenzidy, získané sulfonáciou lignínu, ropných frakcií, alkylnaftalénov alebo iných lacných uhľovodíkových frakcií, majú široké priemyselné využitie ako dispergátory, emulgátory, deemulgátory, odpeňovače, zmáčadlá atď.

Sulfonované sulfáty a etoxylované alkoholy tvoria ďalšiu dôležitú skupinu aniónových povrchovo aktívnych látok, ktoré sú široko používané v detergentoch. Sú to monoestery kyseliny sírovej, v ktorých je esterová väzba veľmi labilná a relatívne ľahko sa láme pri nízkom pH v dôsledku autokatalytickej hydrolýzy. Ako surovina pre tento typ povrchovo aktívnej látky sa používajú lineárne a rozvetvené alkoholy s počtom atómov uhlíka od 8 do 16. Pri použití lineárneho alkoholu s 12 atómami uhlíka sa získa dodecylester kyseliny sírovej a po neutralizácii hydroxidom sodným, vzniká dodecylsulfát sodný - najdôležitejšia povrchovo aktívna látka tohto typu. Etoxylované alkoholy, bežne používané ako medziprodukty, sú alifatické alkoholy s dvomi alebo tromi oxyetylénovými jednotkami. Proces je podobný vyššie diskutovanej sulfonácii. V priemyselnej výrobe sa ako činidlo používa oxid sírový,

a podobne ako pri sulfonácii, reakcia prebieha cez fázu tvorby pyrosíranu ako medziproduktu:

Syntéza sulfátových esterov etoxylovaných alkoholov sa uskutočňuje podobným spôsobom. Reakcia je zvyčajne sprevádzaná tvorbou značného množstva 1,4-dioxánu. Keďže dioxán je toxický, musí sa odstrániť destiláciou. Takéto povrchovo aktívne látky sa zvyčajne nazývajú etoxylované alkylsulfáty. Majú dobré penivé vlastnosti, nízku toxicitu pre pokožku a oči, a preto sa používajú v čistiacich prostriedkoch na umývanie riadu a šampónoch.

Etoxylované alkoholy môžu byť prevedené na karboxyláty, t.j. etoxylované alkylkarboxyláty. Tradične sa to robilo pomocou monochlóracetátu sodného:

Williamsonova reakcia zvyčajne prebieha s nízkym výťažkom. Novšie spôsoby syntézy sú založené na oxidácii etoxylovaných alkoholov kyslíkom alebo peroxidom vodíka v alkalickom prostredí s použitím platiny alebo paládia ako katalyzátora. Pri tejto reakcii dochádza ku konverzii etoxylátov s dobrým výťažkom, ale je tiež možná oxidačná degradácia polyoxyetylénového reťazca. Etoxylované alkylkarboxyláty sa používajú pri výrobe produktov osobnej starostlivosti alebo ako pomocné povrchovo aktívne látky v rôznych kvapalných detergentných prípravkoch. Podobne ako etoxylované alkylsulfáty, aj etoxylované alkylkarboxyláty sú stabilné vo veľmi tvrdej vode. Oba typy povrchovo aktívnych látok majú tiež dobrú schopnosť dispergovať vápenaté mydlá, čo je veľmi dôležité pre povrchovo aktívne látky obsiahnuté v produktoch osobnej starostlivosti. Schopnosť dispergovať vápenaté mydlá sa zvyčajne vyjadruje ako množstvo povrchovo aktívneho činidla potrebného na dispergovanie vápenatého mydla pripraveného zo 100 g sodnej soli vo vode s tvrdosťou ekvivalentnou 0,0333 % CaC03.

Základné informácie o aniónových povrchovo aktívnych látkach

1. Aniónové povrchovo aktívne látky sú najbežnejšou triedou povrchovo aktívnych látok.

2. Typicky sú aniónové povrchovo aktívne látky nekompatibilné s katiónovými povrchovo aktívnymi látkami.

3. Sú citlivé na tvrdú vodu a citlivosť klesá v poradí karboxyláty > fosfáty > sulfáty „sulfonáty.

4. Zavedenie krátkeho polyoxyetylénového reťazca medzi aniónovú skupinu a uhľovodíkový radikál výrazne zvyšuje odolnosť aniónových povrchovo aktívnych látok voči soliam.

5. Zavedenie krátkeho polyoxypropylénového reťazca medzi aniónovú skupinu a uhľovodíkový radikál zvyšuje rozpustnosť povrchovo aktívnej látky v organických médiách, ale zároveň môže viesť k zníženiu rýchlosti biodegradácie povrchovo aktívnej látky.

6. V dôsledku autokatalytickej hydrolýzy sulfátové povrchovo aktívne látky rýchlo hydrolyzujú v kyslom prostredí. Iné typy povrchovo aktívnych látok sú stabilné v nie príliš drsných podmienkach.

Všetky komerčné fosfátové povrchovo aktívne látky obsahujú mono- a diestery kyseliny fosforečnej a relatívny obsah týchto zložiek sa značne líši v závislosti od výrobcu. Pretože fyzikálno-chemické vlastnosti alkylfosfátových povrchovo aktívnych látok závisia od pomeru rôznych esterov, sú alkylfosfáty od rôznych výrobcov menej zameniteľné ako iné typy povrchovo aktívnych látok. Oxychlorid fosforečný POCI 3 sa môže použiť ako fosforylačné činidlo na výrobu alkylfosfátových povrchovo aktívnych látok. V tomto prípade tiež vzniká zmes mono- a diesterov kyseliny fosforečnej.