Exempel på anjoniska ytaktiva ämnen. Ytaktiva ämnen (ytaktiva ämnen). Definition, sammansättning, klassificering och omfattning. Kemisk struktur hos ytaktiva ämnen

Kemiskt är detta en helt mångfaldig grupp av ämnen, men det gemensamma är följande: om minst två ämnen inte löser sig i varandra, såsom olja och vatten, så blandar tillsatsen av ett ytaktivt ämne dem och bildar en homogen vätska . Detta är mycket tydligt när det gäller diskning: fettet på tallrikarnas yta är mycket synligt och märkbart, men vatten, särskilt kallt vatten, rinner över fettet, praktiskt taget utan att tvätta bort det. Så fort du häller åtminstone lite diskmedel på en tallrik med ytaktiva ämnen och applicerar det jämnt, kommer vattnet omedelbart att rinna av och det återstående fettet tar med sig. Fett, som olja, löser sig inte i vatten och appliceringen av ett ytaktivt ämne hjälpte helt enkelt oljan att blandas med vatten, vilket skapade en "upplösningseffekt". Faktum är att oljan på plattan förvandlades från ett enhetligt lager på ytan till tusentals små droppar olja omgivna av ett lager ytaktiva ämnen, som vattnet lätt förde med sig från plattans yta.

En ytaktiv molekyl har två distinkta delar: ett huvud och en svans. Huvudet på den ytaktiva molekylen är hydrofilt - älskar vatten, och svansen är lipofil (älskande olja) och hydrofob (rädd för vatten). När en sådan molekyl kommer in i vatten med droppar olja, försöker svansen på det ytaktiva medlet lämna vattnet och är placerad antingen i oljan eller i luften, medan huvudet tvärtom är beläget i vattnet. Således sätter molekylen sig i gränsytan mellan vatten och olja och skapar en emulsion.

Typer av ytaktiva ämnen

Beroende på den kemiska naturen särskiljs de: anjoniska, katjoniska, amfotera och nonjoniska (nonjoniska) ytaktiva ämnen.

Anjoniska ytaktiva ämnen

Anjoniska ytaktiva ämnen (med ett negativt laddat huvud)- de mest använda tvättmedelskomponenterna i kosmetika. De är billiga, lätta att göra och rengör väl. Dessutom tvättas de lätt bort från håret utan att bilda filmer eller avlagringar. Deras rengöringseffekt är densamma i både kallt och varmt vatten. Den största nackdelen med anjoniska ytaktiva ämnen är att de kan irritera huden. För att minska irritation tillsätts ofta andra grupper av ytaktiva ämnen till formuleringar.
Anjoniska ytaktiva ämnen är de viktigaste tvättmedelskomponenterna i schampon; för att få en emulgerande effekt tillsätts de till färgämnen.

Katjoniska ytaktiva ämnen

Katjoniska ytaktiva ämnen (med ett positivt laddat huvud)- svagare tvättmedel än anjoniska och skummar inte bra. Katjoniska ytaktiva ämnen fungerar dock bra som hårbalsam, vilket ger håret mjukhet och hanterbarhet. De kan ta bort negativa laddningar från håret, vilket ger en antistatisk effekt. Katjoniska ytaktiva ämnen "tynger" håret, vilket gör det mer hanterbart, vilket gör det lättare att kamma och styla.

Eftersom katjoniska ytaktiva ämnen har en laddning motsatt anjoniska ytaktiva ämnen, har de inte tidigare blandats. Nu är det möjligt att kombinera dem i en flaska, tack vare vilka katjoniska ytaktiva ämnen mjukar upp den aggressiva effekten av schampon, och när de används som balsam kan de neutralisera den aggressiva effekten.
Katjoniska ytaktiva ämnen finns oftast i balsam och hårmasker, samt schampon för färgat hår och 2-i-1-schampon. De kan också hittas i "tårfria" barnschampon, eftersom de inte orsakar ögonirritation.

Amfotära ytaktiva ämnen

Amfotära ytaktiva ämnen kan innehålla en positiv eller negativ grupp beroende på pH. Dessutom kan de bete sig som katjoniska ytaktiva ämnen vid lägre pH-värden och anjoniska ytaktiva ämnen vid högre pH-värden. Lödret av dessa ytaktiva ämnen är måttligt och ger håret hanterbarhet. Dessutom irriterar en grupp amfotera ytaktiva ämnen hårbotten minimalt och kan lindra befintlig irritation. Amfotera ytaktiva ämnen i kombination med anjoniska ytaktiva ämnen förbättrar skumningsförmågan och ökar säkerheten hos formuleringar, och när de kombineras med katjoniska polymerer förstärker de de positiva effekterna av konditionerande tillsatser, såsom silikoner och polymerer, på hår och hud. Anjoniska ytaktiva ämnen erhålls från naturliga råvaror, så de är ganska dyra komponenter.
Amfotera ytaktiva ämnen finns i schampon för barn (de irriterar inte ögonen), specialschampon för skadat och tunt hår, 2-i-1-schampon, hårfärgningsmedel, oxidationsmedel, samt masker och balsam.

Nonjoniska ytaktiva ämnen

Nonjoniska ytaktiva ämnen, den näst mest populära gruppen av ytaktiva ämnen efter anjoniska ytaktiva ämnen, har polära huvuden. De är de mildaste av alla ytaktiva ämnen och används i kombination med anjoniska ytaktiva ämnen som sekundärt rengöringsmedel, förtjockningsmedel och skumstabilisator.
Nonjoniska ytaktiva ämnen finns i nästan all hårkosmetik, eftersom de kombineras bra med många ämnen.

Applicering av ytaktiva ämnen (ytaktiva ämnen)

Ytaktiva ämnen används i stor utsträckning inom industri, jordbruk, medicin och vardagsliv. Världsproduktionen av ytaktiva ämnen växer för varje år och andelen nonjoniska ämnen i den totala produktionsproduktionen ökar ständigt. Alla typer av ytaktiva ämnen används i stor utsträckning vid tillverkning och användning av syntetiska material. polymerer. Det viktigaste området för konsumtion av micellbildande ytaktiva ämnen är framställning av polymerer genom emulsionspolymerisation. Tekniken beror till stor del på typen och koncentrationen av de utvalda ytaktiva medlen (evulsifiers). och fysikalisk-kemiska. egenskaperna hos de resulterande latexarna. Ytaktiva ämnen används också vid suspensionspolymerisation. Typiskt används ytaktiva ämnen med hög molekylvikt - vattenlösliga polymerer (volivinylalkohol, cellulosaderivat, vegetabiliska lim, etc.). Genom att blanda lacker eller flytande oljehartskompositioner med vatten i närvaro av emulgeringsmedel erhålls emulsioner som används vid tillverkning av plaster, läderersättningar, non-woven material, impregnerade tyger, vattenburna färger etc.

Vid tillverkning av färger och lacker och plaster. Ytaktiva ämnen tillsätts för att reglera deras reologi. egenskaper.

En mängd olika ytaktiva ämnen används för ytbehandling av fibrösa (vävda och ovävda) material och filmmaterial (som antistatiska medel, modifierare av spinnlösningar, rengöringsmedel. Bland de ytaktiva ämnen som används som vattenavstötande är de mest lovande kiselorganiska och fluorkolföreningar. sistnämnda, med lämplig orientering av molekylerna i ytskiktet kan förhindra vätning av materialet inte bara med vatten, utan också med kolvätevätskor.

Vid tillverkning av svampgummi och skumplast används ytaktiva ämnen som skumstabilisatorer.

Vattenlösliga ytaktiva ämnen med hög molekylvikt, förutom att de används i de ovan nämnda teknologierna. processer, som används som flockningsmedel vid olika typer av vattenrening. Med deras hjälp från avfall och teknik. vatten, såväl som från dricksvatten, avlägsnas suspenderade föroreningar.

SURFAKTIVA ÄMNEN, vars adsorption från en vätska i gränssnittet med en annan fas (flytande, fast eller gasformig) leder till följande: sänka ytspänningen (se Ytaktivitet). I max. allmänt och praktiskt viktigt. I detta fall har de adsorberande ytaktiva molekylerna (jonerna) en difil struktur, dvs de består av en polär grupp och en opolär kolväteradikal (difila molekyler). Kolväteradikalen har ytaktivitet mot den opolära fasen (gas, kolvätevätska, opolär yta av ett fast ämne), som trycks ut ur det polära mediet. I en vattenlösning av ett ytaktivt ämne bildas ett adsorptionsmedel vid gränsytan mot luft. monomolekylärt skikt med kolväteradikaler orienterade mot luften. När det blir mättat, är de ytaktiva molekylerna (jonerna), som komprimeras i ytskiktet, placerade vinkelrätt mot ytan (normal orientering).

Tensidkoncentration i adsorb. lager på flera. storleksordningar högre än i vätskevolymen, därför kan ytaktiva ämnen, även med en försumbar halt i vatten (0,01-0,1 vikt%), minska ytspänningen hos vatten vid gränsytan mot luft från 72,8 10-3 till 25 10 -3 J/m2, dvs. nästan till ytspänningen för kolvätevätskor. Ett liknande fenomen inträffar i gränsytan mellan ett vattenhaltigt ytaktivt ämne och en kolvätevätska, vilket skapar förutsättningar för bildning av emulsioner.

Beroende på tillståndet hos det ytaktiva medlet i lösningen särskiljs konventionellt sanna lösningar (molekylärt dispergerade) och kolloidala ytaktiva ämnen. Villkoret för denna uppdelning är att samma ytaktiva ämne kan tillhöra båda grupperna, beroende på förhållandena och kemin. r-ritels natur (polaritet). Båda grupperna av ytaktiva ämnen adsorberas vid fasgränser, d.v.s. de uppvisar ytaktivitet i lösningar, medan bulkegenskaper associerade med uppkomsten av en kolloidal (micellär) fas endast uppvisar kolloidala ytaktiva ämnen. Dessa grupper av ytaktiva ämnen skiljer sig åt i värdet av den dimensionslösa kvantiteten, kallad. hydrofil-lipofil balans (HLB) och bestäms av förhållandet:

var är affiniteten (fri interaktionsenergi) för den opolära delen av den ytaktiva molekylen till kolvätevätskan (b är en dimensionslös parameter beroende på det ytaktiva ämnets natur, är den fria interaktionsenergin per CH2-grupp, v är antal CH2-grupper i kolväteradikalen), a-affinitet för den polära gruppen för vatten. För kolloidala ytaktiva ämnen (b + eller, där indexen m motsvarar de lägsta affinitetsvärdena, vid vilka de kolloidala egenskaperna hos det ytaktiva medlet börjar uppträda. Minsta antalet kolatomer i radikalen för olika typer av kolloidala ytaktiva ämnen ligger i intervallet på 8-12, d.v.s. kolloidala ytaktiva ämnen har en ganska stor kolväteradikal. Samtidigt måste kolloidala ytaktiva ämnen också ha sant pH i vatten, d.v.s. den hydrofila gruppens polaritet måste också vara ganska hög. Detta motsvarar t.ex. skicket:

I början. 60-tal 1900-talet D. Davis utvecklade en HLB-skala med värden från O till 40. Tensider med lipofila egenskaper har låga HLB-värden, medan de med hydrofila egenskaper har höga värden. Varje grupp av atomer som ingår i en ytaktiv molekyl tilldelas ett gruppnummer. Genom att lägga till dessa siffror erhålls GLB enligt följande formel:

HLB = hydrofila gruppnummer + 4- hydrofoba gruppnummer + 7.

Även om begreppet HLB är ganska formell, tillåter det en att bestämma användningsområdena för ytaktiva ämnen. Så för bildandet av vatten/oljeemulsioner sträcker sig HLB från 3-6, olja/vattenemulsioner - 8-16, för vätmedel - 7-9, för tvättmedel - 13-15.

Ytaktiviteten hos ytaktiva ämnen som tillhör olika grupper bestäms olika. För äkta r-kanttensider är det lika med max. värdet av derivatet och mäts från den initiala delen av adsorptionsisotermen s(c) vid c0 (G är antalet mol ytaktiva ämnen adsorberade per ytenhet, R är gaskonstanten, T är den absoluta temperaturen). För kolloidala ytaktiva ämnen är ytaktivitet Gmin = (s0 - smin)/smin, där s0 är ytspänningen för rent p-lösningsmedel, sMIH är det minsta (konstanta) värdet av s, och cmin är koncentrationen av ytaktivt ämne som motsvarar detta värde. Ytterligare införande av ett ytaktivt ämne i lösningen leder till en ökning av antalet miceller, och koncentrationen av det molekylärt dispergerade ytaktiva ämnet förblir konstant. Värdet av smin-kritisk. micellkoncentration (KKM). Det definieras som koncentrationen av ett ytaktivt ämne, vid vilket ett stort antal miceller uppträder i lösningen, som är inom termodynamiken. jämvikt med molekyler (joner), och lösningens egenskaper förändras kraftigt (elektrisk ledningsförmåga, ytspänning, viskositet, ljusspridning etc., se Micellbildning).

Klassificering av ytaktiva ämnen. Den här artikeln beskriver klassificeringen som antogs vid III International Congress on Surfactants och rekommenderades av International Organization for Standardization (ISO) 1960. Den är baserad på kemi. molekylernas natur och inkluderar fyra grundläggande. klass av ytaktiva ämnen: anjoniska, katjoniska, nonjoniska och amfotera. Ibland isoleras också hög molekylvikt. (polymer), perfluorerad och Kremniorg. Tensid, dock enligt kemi. arten av molekylerna av dessa ytaktiva ämnen kan. klassificeras som en av ovanstående. klasser.

Anjoniska ytaktiva ämnen innehåller en eller flera i en molekyl. polära grupper och dissocierar i en vattenlösning för att bilda långkedjiga anjoner, som bestämmer deras ytaktivitet. Dessa är grupperna: COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), där M är en metall (mono-, di- eller trivalent). Den hydrofoba delen av molekylen representeras vanligtvis av mättade eller omättade alifatiska. kedjor eller alkylaromatisk. radikaler. Det finns 6 grupper av anjoniska ytaktiva ämnen.

1) Derivat av kolföreningar (tvålar): RCOOM, ROOC (CH2)nCOOM, RC6H4 (CH2)nCOOM, RCH=CH -- --(CH2)nCOOM. 2) Primary and secondary alkyl sulfates ROSO3M, R"R: CHOSO3M, alkylaryl ethyl sulfates RC6H4C2H4OSO3M, alkylcyclohexyl ethyl sulfates RC6H10C2H4OSO3M, etc. (see Avirol, Alizarin oil, Alkyl sulfates). 3) Alkyl and alkyl benzene sulfonates, sulfonates esters mono- och dikarbonföreningar: RSO3M, RC6H4SO3M, ROOCCH2SO3M, ROOCCH2CH(COOR)SO3M (se Alkylbensensulfonater, Naftalensulfonater, Sulfonater) 4) Sulfo- och karboxietoxylater av alkoholer, sulfoetoxylater av karbonsyraföreningar, sulfoetoxylater av personliga alkylmetaller, sulfoetylalkoholer sulfobärnstenssyra syra, salter av omättade sulfater: RO(C2H4O)nSO3M, RO(C2H4O)nCH2COOM, RCOO (C2H4O)n SO3M, RC6H4 (C2H4O)2 SO3M, ROOCCH2CH (COOM) SO3M, RCH (OSOCH2M)n=CH -COOM. 5) Kvävehaltiga ytaktiva ämnen: amidosulfonater RCONR"--R:--SO3M, amidosulfonater RR"NOC--R:--SO3M, amidosulfater RCONR"-R: --OSO3M, amidokarboxylater RCO(NH-R" --CO)nOM, föreningar med karboxi- och sulfogrupper RCONH--R--OCOR:(SO3M) --COOM Istället för en amidgrupp i många sådana föreningar M.B. även sulfoamidgrupp, t.ex. RC6H4SO2NHCH2CH2SO3M. 6) Perfluorerade salter. kolkit, perfluorerad sulfoacetater, mono- och dialkylfosfater och fosfonater, perfluorerade. fosfonater och andra föreningar.

I anjoniska ytaktiva ämnen kan katjonen. inte bara metall, utan även org. grund. Detta är ofta di- eller trietanolamin. Ytaktiviteten börjar uppträda vid längden av den hydrofoba C8-kolvätekedjan och ökar med ökande kedjelängd tills den fullständiga förlusten av det ytaktiva medlets pH i vatten. Beroende på strukturen, intervallerna. funktionell grupper och hydrofilicitet hos den polära delen av molekylen, kan längden på kolvätedelen nå upp till C18. Bensenringen motsvarar cirka 4 C-atomer, den perfluorerade metylengruppen CF2 motsvarar cirka 2,5-3 metylengrupper.

Naib. alkylsulfater och alkylarylsulfonater är vanliga. Optim. Primärt dodecylsulfat och rakkedjigt dodecylbensensulfonat har ytaktiva egenskaper. Dessa ämnen är termiskt stabila, lågtoxiska (LD50 1,5-2 g/kg, vita möss), irriterar inte mänsklig hud och är tillfredsställande biol. sönderdelning i vattendrag (se nedan), med undantag för alkylarylsulfonater med en grenad alkylkedja. De kombineras väl med andra ytaktiva ämnen och uppvisar synergism; deras pulver är icke-hygroskopiska. Sekundära alkylsulfater har god skumningsförmåga, men är termiskt instabila och används i flytande form. Sekundära alkylsulfonater har hög ytaktivitet, men är mycket hygroskopiska. Lovande ytaktiva ämnen är de vars hydrofila del består av flera. funktionell grupper. Till exempel har dinatriumsalter av sulfobärnstenssyra goda sanitära och hygieniska egenskaper. St du tillsammans med hög kolloid-kemiska. och teknik. indikatorer när de löses i hårt vatten. Ytaktiva ämnen som innehåller en sulfonamidgrupp har biol. aktivitet. Dodecylfosfat har också goda egenskaper.

Kallas katjonisk. Ytaktiva ämnen vars molekyler dissocierar i en vattenlösning för att bilda en ytaktiv katjon med en lång hydrofob kedja och en anjon, vanligtvis en halogenid, ibland en svavel- eller fosforanjon. De dominerande bland katjoniska ytaktiva ämnen är kväveinnehållande föreningar; praktisk Ingredienser som inte innehåller kväve används också: com. sulfonium +X- och sulfoxonium +X-, fosfonium + X-, arsonium + X-, jodonium (formel I). Kvävehaltiga föreningar kan delas in i följande. grundläggande grupper: 1) aminer och deras salter RNR"R: HX; 2) mono- och bi-kvaternära ammoniumföreningar alifatiska strukturer + X-, 2+2Х-, föreningar med blandad alifatisk och aromatisk struktur 2 + 2Х- ; 3) kvartär ammoniumföreningar med olika funktionella grupper i den hydrofoba kedjan; 4) mono- och bikvartära ammoniumföreningar med en kväveatom i den heterocykliska ringen. Den sista gruppen förenar hundratals ytaktiva ämnen av industriell betydelse. De viktigaste av dem är föreningar av pyridin, kinolin , ftalazin, bensimidazol, bensotiazol, bensotriazol, derivat av pyrrolidin, imidazol, piperidin, morfolin, piperazin,

bensoxazin, etc; 5) aminoxider RR"R:N+O- (industriell produktion påbörjad); 6) polymera ytaktiva ämnen (II). Polyvinylpyridiniumhalogenider används huvudsakligen.

ytaktivt ämne molekylärt

Katjoniska ytaktiva ämnen minskar ytspänningen mindre än anjoniska ytaktiva ämnen, men de kan interagera. kemiskt med ytan av adsorbenten, till exempel. med cellulära proteiner av bakterier, vilket orsakar en bakteriedödande effekt. Samspel polära grupper av katjoniska ytaktiva ämnen med hydroxylgrupper av cellulosafibrer leder till hydrofobisering av fibrer och impregnering av vävnader.

Nonjoniska ytaktiva ämnen dissocierar inte till joner i vatten. Deras pH-värde beror på närvaron i molekylerna av hydrofila eter- och hydroxylgrupper, oftast en polyetylenglykolkedja. Uppenbarligen bildas hydrater vid upplösning på grund av bildandet av vätebindningar mellan syreatomerna i polyetylenglykolresten och vattenmolekylerna. På grund av att vätebindningen bryts, när temperaturen ökar, sjunker pH för nonjoniska ytaktiva ämnen, så för dem är grumlingspunkten uppe. Temperaturgränsen för micellisering är en viktig indikator. Mn. föreningar som innehåller en rörlig H-atom (föreningar, alkoholer, fenoler, aminer), som reagerar med etylenoxid, bildar nonjoniska ytaktiva ämnen RO (C2H4O)n H. Polariteten för en oxietylengrupp är betydligt mindre än polariteten för någon sur grupp i anjoniska ytaktiva ämnen . För att ge den erforderliga hydrofiliciteten och HLB-värdet till en molekyl, beroende på den hydrofoba radikalen, krävs därför från 7 till 50 oxietylengrupper. En karakteristisk egenskap hos nonjoniska ytaktiva ämnen är deras flytande tillstånd och lågskummande i vattenlösningar.

Nonjoniska ytaktiva ämnen delas in i grupper som skiljer sig åt i strukturen av den hydrofoba delen av molekylen, beroende på vilka ämnen som tjänade som grund för produktionen av polyglykoletrar. Baserat på alkoholer erhålls etoxylerade alkoholer RO(C2H4O)nH; baserad på karboxylsyror - etoxylerade fettsyror RCOO (C2H4O)n H; baserad på alkylfenoler och alkylnaftoler - etoxylerade alkylfenoler RC6H4O(C2H4O)nH och komp. RC10H6O--- (C2H4O)nH; baserat på aminer, amider, imidazoliner - etoxylerade alkylaminer RN[(C2H4O)nH]2, jämför. RCONH(C2H4O)nH, jämför. Former III; baserad på sulfonamider och merkaptaner - ytaktiva ämnen såsom RSO2NC(C2H4O)nH]2 och RS(C2H4O)nH. En separat grupp består av proxanoler (pl u r o n i k s) - segmentsampolymerer av etylen- och propylenoxider HO (C2H4O)x (C3H6O)y (C2H4O)z H, där x, y och z varierar från flera. enheter till flera tiotals och proxaminer (tetronics; form IV) - segmentsampolymerer av eten- och propylenoxider, erhållna i närvaro. etylendiamin. Alkylacetylenglykoler tjänar som bas för framställning av ytaktiva ämnen av typen H(OC2H4)n-OCR"R:CCCR"R""O (C2H4O)nH; fosforestrar av typen (RO)2P(O)O(C2H4O)nH; pentaerytritolerar av typ V. Nonjoniska ytaktiva ämnen är produkter av kondensation av glykosider med fettalkoholer, karbonater och etylenoxid. Det finns också ytaktiva ämnen av sorbitalgruppen (Tweens, typ VI) - produkter av tillsats av etylenoxid till sorbitonmonoester och fettsyra. Kremniorg utgör en separat grupp. Tensid, t.ex. (CH3)3Si n-(CH2)3O(C2H4O)mH.

Framställningen av nonjoniska ytaktiva ämnen baseras i de flesta fall på tillsats av etylenoxid vid förhöjda nivåer. t-re under tryck i närvaro. katalysatorer (0,1-0,5 % CH3ONa, KOH eller NaOH). I det här fallet är resultatet ett genomsnittligt resultat. innehållet av polymerhomologer, där molekylviktsfördelningen beskrivs av Poisson-funktionen. Individuella ämnen erhålls genom att tillsätta polyhalogensubstituerade polyetylenglykoler till alkoholater. Kolloidal kemikalie Egenskaperna hos ytaktiva ämnen av denna klass varierar kraftigt beroende på längden på den hydrofila polyglykolkedjan och längden på kedjan i den hydrofoba delen på ett sådant sätt att de sönderfaller. representanter för en homolog rad m.b. bra vätmedel och emulgeringsmedel. Ytspänningen hos homologer av etoxylerade alkylfenoler och primära alkoholer vid ett konstant innehåll av etylenoxidgrupper minskar i enlighet med Traubes regel, d.v.s. vid varje tillsats. CH2-gruppen minskar ytspänningen. I optimalt alternativ kan den nå (28-30) 10-3 N/m vid kritiska förhållanden. micellkoncentrationer. Micellmassan är mycket stor; för tvillingar, till exempel, når den 1800. Nonjoniska ytaktiva ämnen är mindre känsliga för salter som orsakar vattenhårdhet än anjoniska och katjoniska ytaktiva ämnen. Vätningsförmågan hos nonjoniska ytaktiva ämnen beror på strukturen; optim. Ett ytaktivt ämne med en grenad struktur har en vätningsförmåga:

Hydroxietylerade alkoholer C10-C18 med n från 4 till 9 och pluronics bildar spontana olja/vatten och vatten/olja mikroemulsioner. Nonjoniska ytaktiva ämnen kombineras väl med andra ytaktiva ämnen och ingår ofta i tvättmedelsformuleringar.

Amfotera (amfolytiska) ytaktiva ämnen innehåller i molekylen en hydrofil radikal och en hydrofob del som kan vara en protonacceptor eller donator, beroende på lösningens pH. Typiskt inkluderar dessa ytaktiva ämnen en eller flera. basiska och sura grupper, kan också innehålla en nonjonisk polyglykolgrupp. Beroende på pH-värdet uppvisar de egenskaperna hos katjoniska eller anjoniska ytaktiva ämnen. Vid vissa pH-värden, kallas. isoelektrisk punkt, finns ytaktiva ämnen i form av zwitterjoner. Joniseringskonstanterna för sura och basiska grupper av äkta amfotera ytaktiva ämnen i p-rim är mycket låga, men katjonorienterade och anjonorienterade zwitterjoner är vanligast. Den katjoniska gruppen är vanligtvis en primär, sekundär eller tertiär ammoniumgrupp, en pyridin- eller imidazolinrest. I princip kan istället för N m.b. atomer S, P, As, etc. Anjoniska grupper är karboxyl-, sulfonat-, sulfoester- eller fosfatgrupper.

Enligt kemin Baserat på deras struktur och vissa likheter delas amfolytiska ytaktiva ämnen in i 5 huvudkategorier. grupper: 1) alkylaminokolföreningar RNH (CH2)nCOOH; Alkylradikalen i en amin är vanligtvis normal (rakkedjig), men om den är belägen mellan amingruppen och karboxylgruppen har den ibland en grenad karaktär. Denna grupp inkluderar även alkylamino-fenylkarbonsyror RNHC6H4COOH; alkylaminokolföreningar med en primär, sekundär eller tertiär aminogrupp RCH (NH2) COOH, RCH (NHR) COOH, R(CH3)NCH2COOH; med int. en hydroxyl-, eter-, ester-, amid- eller sulfoamidgrupp; ämnen med två eller flera amino- och amidogrupper, med flera amino- och hydroxylgrupper.

• 2) Alkylbetainer är den viktigaste gruppen av zwitterjoniska ytaktiva ämnen. De kan delas in i 5 huvudsakliga. grupper: a) alkylbetainer -C-alkylbetainer RCH COO- och N-alkylbetainer RN+(CH3)2CH2COO-; b) sulfit-, sulfo-, sulfat- och fosfatbetainer RN+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH2, RC6H4CH2N+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2OP; c) amidobetainer RCONH(CH2)3N+(CH3)2COO-; d) etoxylerade betainer RN+[(C2H4O)pH][(C2H4O)gH]CH2COO-; e) andra zwitterjoniska ytaktiva ämnen.
• 3) Alkylimidazolinderivat, i vilkas molekyler de anjoniska och katjoniska grupperna har ungefär samma joniseringskonstanter (former VII och VIII), där R-alkyl C7-C17, R"-H, Na, CH2COOM (M-metall). Enligt strukturen och syntesmetoderna särskiljs betaintensider, inklusive karboxi-, sulfo-, sulfat- eller sulfoetergrupp [form IX; R" = (CH2)nCOO-, (CH2)3, CH2CH(OH)CH2] och andra ("icke-betain") imidazolin-tensider [form X; R" = CH2COONa, (CH2)2N (CH2COOH)2, (CH2)2N= =CHC6H4SO3H, (CH2)2OSO3H]. Balansen av joniserande grupper ger dessa föreningar goda kolloidkemiska och sanitära hygieniska helgon. .
• 4) Alkylaminoalkansulfonater och sulfater (AAAC1 respektive AAAC2). Anjon-landmärke. ämnen omvandlas lätt till zwitterjonisk form, vilket gör det möjligt att isolera dem i sin rena form. Joniseringskonstanten för den sura gruppen är mycket större än den basiska, så de används i en alkalisk miljö. Dock när det gäller flera basiska grupper och i närvaro av andra hydrofila grupper bredvid den sura gruppen liknar dessa ämnen i egenskaper och användningsområden för amfolytiska ytaktiva ämnen och har en bakteriedödande effekt. Beroende på joniseringskonstanterna, salterna AAAC1 RN(R")-R:--SO3M, AAAC2 RN(R")-R: -- OSO3M, kan aromatiska derivat urskiljas. aminosulfonsyror RR"N--Ar-SO3M, aminosulfonater med N-atom i heterocykler (form XI); aminofosfater, aminofosfonater och andra aminoföreningar: föreningar av typ RR"R:P(O)(OH)2, RR "R ""OP(O)(OH)2, där R och R" är långa och korta kolväteradikaler, R: är en kort tvåvärd radikal; anslutning. RN(CH2CH2SO3Na)2. Deras skillnad är deras goda förmåga att dispergera kalciumtvålar och motståndskraft mot vattenhårdhetssalter.
• 5) Polymera amfolytiska ytaktiva ämnen: naturliga (proteiner, nukleinsyror, etc.); modifierat naturligt (oligomera proteinhydrolysat, sulfatkitin); produkter av stegvis kondensation av aminer, formaldehyd, albumin, fettsyror; cellulosaderivat erhållna genom att införa karboxyl- och dietanolaminetylgrupper; syntetiska, vars molekyler kombinerar de strukturella egenskaperna hos alla ovanstående grupper av amfotera ytaktiva ämnen (se till exempel formlerna XII-XVI).

Applicering av ytaktiva ämnen. Världsproduktionen av ytaktiva ämnen är 2-3 kg per capita och år. Ungefär 50 % av de producerade ytaktiva medlen används till hushållskemikalier (tvätt- och rengöringsprodukter, kosmetika), resten används inom industri och jordbruk. x-ve. Samtidigt med den årliga ökningen av produktionen av ytaktiva ämnen förändras förhållandet mellan deras användning i vardagen och industrin till industrins fördel.

Användningen av ytaktiva ämnen bestäms av deras ytaktivitet och adsorptionsstruktur. lager och volymetriska helgon. Ytaktiva ämnen från båda grupperna (äkta r-rim och kolloidal) används som dispergeringsmedel för slipning av fasta ämnen, borrning av hårda stenar (hårdhetsreducerare), för att förbättra smörjeffekten, minska friktion och slitage, intensiteten av oljeåtervinning, etc. Andra. En viktig aspekt av användningen av ytaktiva ämnen är bildningen och förstörelsen av skum, emulsioner och mikroemulsioner. Ytaktiva ämnen används i stor utsträckning för att reglera strukturbildningen och stabiliteten hos dispergerade system med ett flytande dispersionsmedium (vattenhaltigt och organiskt). Micellära system som bildas av ytaktiva ämnen i både vattenhaltiga och icke-vattenhaltiga medier används i stor utsträckning, för vilka det inte är ytaktiviteten hos de ytaktiva medlen eller deras adsorptionsegenskaper som är viktiga. skikt, och volymegenskaper: uttalade viskositetsavvikelser med en ökning av koncentrationen av ytaktiva ämnen fram till bildning, till exempel. i en vattenhaltig miljö, kristallisation. fasta tvålstrukturer eller solida strukturer (i petroleumoljebaserade fetter).

Ytaktiva ämnen används i mer än 100 sektorer av den nationella ekonomin. De flesta ytaktiva ämnen som produceras används i tvättmedel, vid tillverkning av tyger och syntetiska produkter. och naturliga fibrer Stora konsumenter av ytaktiva ämnen inkluderar petroleum, kemikalier. industri, industri bygger. material och ett antal andra. Naib. viktiga tillämpningar av ytaktiva ämnen:

• - borrning med lerlösningar och reversibla vatten/oljeemulsioner. För att reglera aggregativ stabilitet och reologisk. egenskaper hos lösningarna används hög commol. Ytaktiva ämnen - vattenlösliga cellulosaetrar, polyakrylamid, etc., naturliga kalciumsalter införs i emulsionerna. och syntetiska fettsyror (C16-C18 och högre), alkylaromatiska. sulfonater, alkylaminer, alkylamidoaminer, alkylimidazoliner;
• - Ökad oljeåtervinning genom micellär översvämning (etoxylerade alkylfenoler och alkoholer, alkylaromatiska sulfonater);
• - antioxidant, extremt tryck och andra tillsatser i produktionen av mineraler. oljor (syntetiska feta tvålar, petroleumsulfonater, oxietylalkoholer) och plaster. smörjmedel (fenolderivat, arylaminer, alkyl- och arylfosfater);
• - reglering av vätning under flotation av järn- och manganmalmer (naturliga och syntetiska feta tvålar, högre alifatiska aminer), sällsynta metallmalmer (alkylarson och alkylfosfonsyror, alkylaromatiska sulfonater);
• -emulsionspolymerisation, framställning av polystyren och andra vinylpolymerer (karboximetylcellulosa, polyvinylalkohol, syntetiska feta tvålar, alkylsulfater, etoxylerade alkoholer och alkylfenoler);
• - kemisk produktion fibrer (oxietylenaminer och amider, proxanoler och proxaminer, högre alkoholer och föreningar);
• -päls. metallbearbetning: adsorption. minskning i styrka, ökning av skärning, hyvling, fräshastigheter (naturliga och syntetiska feta tvålar, alkylaromatiska sulfonater, oxietylalkoholer, etc.);
• -industrin byggs upp. material: reglering av päls. och reologiska. St i betongblandningar på grund av adsorption. modifiering av komponenter (estrar av syntetiska fettsyror, sulfonater, alkylaminer, alkylsulfater, oxietylfettsyror);
• -tillverkning av syntetiska tvättmedel;
• -förbättring av markstrukturen, förhindrande av erosionsprocesser (ytaktiva polyelektrolyter - produkter av ofullständig hydrolys av polyakrylnitril, amideringsprodukter av polyakryl- och polymetakrylföreningar, och polymerkedjans sammansättning varierar mellan amid, cyklisk imid, karboxyl och andra grupper).

Biologisk nedbrytning av ytaktiva ämnen. Vattenlösningar av ytaktiva ämnen i större eller mindre koncentrationer kommer ut i industriellt avloppsvatten. vatten och slutligen in i reservoarer. Mycket uppmärksamhet ägnas åt rening av avloppsvatten från ytaktiva ämnen, eftersom på grund av den låga nedbrytningshastigheten av ytaktiva ämnen är de skadliga resultaten av deras inverkan på naturen och levande organismer oförutsägbara. Avloppsvatten som innehåller hydrolysprodukter av ytaktiva polyfosfatämnen kan orsaka intensiv växttillväxt, vilket leder till förorening av tidigare rena vattendrag: när växter dör börjar de ruttna och vattnet utarmas på syre, vilket i sin tur försämrar förutsättningarna för existensen av andra former av liv i vattnet.

Bland metoderna för rening av avloppsvatten i sedimenteringstankar är omvandling av ytaktiva ämnen till skum, adsorption med aktivt kol, användning av jonbytarhartser, neutralisering med katjoniska ämnen etc. Dessa metoder är dyra och inte tillräckligt effektiva, därför är det att föredra att rena avloppsvatten från ytaktiva ämnen i sedimenteringstankar (luftningstankar) och i naturliga förhållanden (i reservoarer) av biol. oxidation under påverkan av heterotrofa bakterier (det dominerande släktet är Pseudomonas), som ingår i aktivt slam. I förhållande till denna process delas ytaktiva ämnen vanligtvis in i "mjuka" och "hårda". Hårda ytaktiva ämnen inkluderar vissa alkylbensensulfonater (till exempel tetrapropylbensensulfonat) och oxietylen. isooktylfenoler; för närvarande tillverkas de praktiskt taget inte. Graden av biooxidation av den sk. mjuka ytaktiva ämnen beror på strukturen hos den hydrofoba delen av den ytaktiva molekylen: när den är grenad förvärras biooxidationen kraftigt. Teoretiskt fortsätter biooxidation till omvandling. org. i vatten och koldioxid, praktiskt taget. problemet beror bara på tidpunkten för oxidation, d.v.s. på processens kinetik. Om de tar examen. oxidation sker långsamt, det ytaktiva medlet hinner ge en skadlig effekt på levande organismer och naturen. onsdag.

Med biokemiska Vid rengöring av ytaktiva avfallslösningar utförs oxidation i närvaro av enzymer. När temperaturen ökar ökar oxidationshastigheten, men över 350C förstörs enzymerna. Anjoniska ytaktiva ämnen adsorberas vid gränsytorna, som ett resultat av vilket den enzymatiska hydrolysen av fetter, proteiner och kolhydrater reduceras, vilket leder till hämning av bakteriell aktivitet.

Mekanismen för biooxidation av ytaktiva ämnen etableras genom att studera mellanprodukterna. nedbrytningsprodukter. Så där emellan. följande produkter hittades i sönderdelningsprodukterna av alkylbensensulfonater: alkylbensensulfonater med en kort alkylkedja; sulfofenylkolhaltiga föreningar med i genomsnitt 4 C-atomer i kedjan; sulfokarbonatföreningar med 5-6 C-atomer; sulfonsyror och sulfonsyror. Detta tyder på att biologisk nedbrytning startar från den terminala metylgruppen. Ju närmare återstoden rör sig till bensenringen, desto långsammare sker oxidationen. Det sista steget är nedbrytningen av bensenringen till omättnad. föreningar, som oxiderar ganska snabbt och fullständigt.

Alifatich. Ytaktiva ämnen oxiderar snabbare än cykliska, och sulfonater är svårare att oxidera än sulfater.

Tydligen beror detta på det faktum att sulfater i vatten hydrolyseras. Rakkedjiga primära och sekundära alkylsulfater förstörs fullständigt i avloppsvatten inom 1 timme. Grenade alkylsulfater oxiderar långsammare, medan rakkedjiga alkylbensensulfonater sönderfaller fullständigt på bara 3 dagar. Den biologiska nedbrytningen av katjoniska ytaktiva ämnen har studerats lite; vissa forskare rekommenderar inte att de slängs i avloppsvatten.

Tillväxten av produktionen av ytaktiva ämnen har lett till uppkomsten av stora företag som är lokala källor till vattenföroreningar. Mycket koncentrerad avloppsvatten från dessa företag kan vara mikrobiol renad en metod baserad på användning av högaktiva kulturer av mikroorganismer. Stammar av bakterier erhölls som förstör alkylsulfater, alkylsulfonater, alkylbensensulfonater, sulfoetoxylater, etc. Intermediärer identifierades. nedbrytningsprodukter, som är analoger till naturen. in-c, giftfria och har ingen negativ inverkan på miljön. Ett av de viktiga resultaten av bakteriell matsmältning är frånvaron av mellanprodukter. nedbrytningsprodukter av ämnen med tydligt uttryckt difilicitet hos molekyler. Metoden gav kommer att sätta. resultat för avloppsvatten innehållande 500 mg/l ytaktivt ämne. Rengöringseffektiviteten var 95-97 % på inte mer än 12 timmar, bland gramnegativa. bakterier, mikroorganismer (destruktorer) hittades som absorberar ytaktiva ämnen som näring. substrat.

Tekniska ytaktiva ämnen och deras smörjförmåga

Ytaktiva ämnen (ytaktiva ämnen) är kemiska föreningar som, koncentrerade vid gränsytan, orsakar en minskning av ytspänningen.

Den betydande effekten av tekniska ytaktiva ämnen uttrycks i både direkt och indirekt (genom strukturförändringar) påverkan på ytfenomen vid gränsytan mellan smörjmedel och metall, d.v.s. om smörjmedels smörj- och skyddsförmåga. Inte bara enskilda ytaktiva ämnen, utan även oxidationsprodukter som bildas under beredningsprocessen (dvs. TPAS) och driften av smörjmedel har en betydande inverkan på processerna för friktion och slitage. Redan på 1950-talet utvecklade D.S. Velikovsky och hans kollegor tillsatser av MNI-serien, som är produkter av oxidation av vaselin eller ceresin. Det har visat sig att bärarna av deras funktionella egenskaper, inklusive antislitage, är estersyror som innehåller aktiva grupper COOH, COOC, OH, såväl som laktongrupper som bildar kvasikristallina strukturer.

Ytaktiva ämnen har en polär (asymmetrisk) molekylstruktur, kan adsorberas vid gränsytan mellan två medier och minskar systemets fria ytenergi. Ganska obetydliga tillsatser av ytaktiva ämnen kan förändra partikelytans egenskaper och ge materialet nya egenskaper. Verkan av ytaktiva ämnen är baserad på fenomenet adsorption, vilket samtidigt leder till en eller två motsatta effekter: en minskning av interaktionen mellan partiklar och stabilisering av gränsytan mellan dem på grund av bildandet av ett interfasskikt. De flesta ytaktiva ämnen kännetecknas av en linjär struktur av molekyler, vars längd avsevärt överstiger de tvärgående dimensionerna (fig. 15). Molekylära radikaler består av grupper som i sina egenskaper är relaterade till lösningsmedelsmolekyler, och av funktionella grupper med egenskaper som skiljer sig kraftigt från dem. Dessa är polära hydrofila grupper, har uttalade valensbindningar och har en viss effekt på vätning, smörjning och andra handlingar associerade med begreppet ytaktivitet . Samtidigt minskar tillgången på fri energi med frigöring av värme till följd av adsorption. Hydrofila grupper i ändarna av icke-polära kolvätekedjor kan vara hydroxyl - OH, karboxyl - COOH, amino - NH 2, sulfo - SO och andra starkt interagerande grupper. Funktionella grupper är hydrofoba kolväteradikaler som kännetecknas av sidovalensbindningar. Hydrofoba interaktioner existerar oberoende av intermolekylära krafter, vilket är en ytterligare faktor som främjar närmandet, "klibbar ihop" av icke-polära grupper eller molekyler. Det monomolekylära adsorptionsskiktet av ytaktiva molekyler är orienterat med de fria ändarna av kolvätekedjorna borta från

ytan på partiklarna och gör den icke-vätbar, hydrofob.

Effektiviteten hos en speciell ytaktiv tillsats beror på materialets fysikalisk-kemiska egenskaper. Ett ytaktivt ämne som ger en effekt i ett kemiskt system kan ha ingen effekt eller en klart motsatt effekt i ett annat. I detta fall är koncentrationen av ytaktivt ämne mycket viktig, vilket bestämmer graden av mättnad av adsorptionsskiktet. Ibland uppvisar föreningar med hög molekylvikt en effekt som liknar ytaktiva ämnen, även om de inte ändrar ytspänningen hos vatten, till exempel polyvinylalkohol, cellulosaderivat, stärkelse och till och med biopolymerer (proteinföreningar). Effekten av ytaktiva ämnen kan utövas av elektrolyter och ämnen som är olösliga i vatten. Därför är det mycket svårt att definiera begreppet "ytaktivt ämne". I vid bemärkelse syftar detta begrepp på varje ämne som i små mängder märkbart förändrar ytegenskaperna hos ett dispergerat system.

Klassificeringen av ytaktiva ämnen är mycket varierande och i vissa fall motsägelsefull. Flera försök har gjorts att klassificera efter olika kriterier. Enligt Rebinder är alla ytaktiva ämnen enligt deras verkningsmekanism indelade i fyra grupper:

– vätmedel, skumdämpare och skumbildare, dvs. aktiva vid vätske-gasgränsytan. De kan minska ytspänningen på vatten från 0,07 till 0,03–0,05 J/m2;

– dispergeringsmedel, peptiseringsmedel;

– stabilisatorer, adsorptionsmjukgörare och förtunningsmedel (viskositetsreducerande medel).

– tvättmedel med alla egenskaper hos ytaktiva ämnen.

Klassificeringen av ytaktiva ämnen efter funktionellt syfte används ofta utomlands: thinner, vätmedel, dispergeringsmedel, deflockuleringsmedel, skummedel och skumdämpare, emulgeringsmedel,r. Även bindemedel, mjukgörare och smörjmedel urskiljs.

Baserat på deras kemiska struktur klassificeras ytaktiva ämnen beroende på arten av hydrofila grupper och hydrofoba radikaler. Radikaler delas in i två grupper - joniska och nonjoniska, den förra kan vara anjonisk och katjonisk.

Nonjoniska ytaktiva ämnen innehåller icke-joniserande slutliga grupper med hög affinitet för dispersionsmediet (vatten), som vanligtvis inkluderar atomer av syre, kväve och svavel. Anjoniska ytaktiva ämnen är föreningar i vilka en lång kolvätekedja av molekyler med låg affinitet för dispersionsmediet är en del av den anjon som bildas i en vattenlösning. Till exempel är COOH en karboxylgrupp, SO3H är en sulfogrupp, OSO3H är en etergrupp, H2SO4, etc. Anjoniska ytaktiva ämnen inkluderar salter av karboxylsyror, alkylsulfater, alkylsulfonater etc. Katjoniska ämnen bildar katjoner innehållande en lång kolväteradikal i vattenlösningar. Till exempel 1-, 2-, 3- och 4-substituerad ammonium etc. Exempel på sådana ämnen kan vara aminsalter, ammoniumbaser etc. Ibland isoleras en tredje grupp ytaktiva ämnen, som inkluderar amfotära elektrolyter och amfolytiska ämnen, som, beroende på Av naturen, kan den dispergerade fasen uppvisa både sura och basiska egenskaper. Amfolyter är olösliga i vatten, men är aktiva i icke-vattenhaltiga medier, såsom oljesyra i kolväten.

Japanska forskare föreslår en klassificering av ytaktiva ämnen enligt fysikalisk-kemiska egenskaper: molekylvikt, molekylstruktur, kemisk aktivitet, etc. De gelliknande skalen på fasta partiklar som härrör från ytaktiva ämnen som ett resultat av olika orienteringar av polära och opolära grupper kan orsaka olika effekter: flytande; stabilisering; dispergering; skumdämpning; bindande, mjukgörande och smörjande åtgärder.

Det ytaktiva medlet har en positiv effekt endast vid en viss koncentration. Det finns mycket olika åsikter i frågan om den optimala mängden administrerade ytaktiva ämnen. P. A. Rebinder påpekar att för partiklar

1–10 µm den erforderliga mängden ytaktivt ämne bör vara 0,1–0,5 %. Andra källor ger värden på 0,05–1 % eller mer för olika spridning. För ferriter fann man att för att bilda ett monomolekylärt skikt under torrmalning, måste ytaktiva ämnen tas med en hastighet av 0,25 mg per 1 m 2 av den specifika ytan av den ursprungliga produkten; för våtslipning – 0,15–0,20 mg/m2. Praxis visar att koncentrationen av tensid i varje specifikt fall måste väljas experimentellt.

I tekniken för keramiska SEM kan fyra användningsområden för ytaktiva ämnen särskiljas, vilket gör det möjligt att intensifiera fysikalisk-kemiska förändringar och transformationer i material och kontrollera dem under syntesprocessen:

– intensifiering av processerna för finmalning av pulver för att öka materialets dispersion och minska malningstiden när en given dispersion uppnås;

– Reglering av egenskaperna hos fysikaliska och kemiska dispergeringssystem (suspensioner, slips, pastor) i tekniska processer. Vad som är viktigt här är processerna för vätskebildning (eller en minskning av viskositeten med en ökning av fluiditeten utan en minskning av fukthalten), stabilisering av reologiska egenskaper, avskumning i dispersa system, etc.;

– kontroll av brännarbildningsprocesser vid sprayning av suspensioner för att uppnå den specificerade storleken, formen och spridningen av spraybrännaren;

– öka plasticiteten hos formmassa, särskilt de som erhålls när de utsätts för förhöjda temperaturer, och densiteten hos tillverkade ämnen som ett resultat av införandet av ett komplex av bindemedel, mjukgörare och smörjmedel.

Tensider (tensider) är som regel kemiska ämnen som finns i vilken rengöringsprodukt som helst, även vanlig tvål. Det är tack vare ytaktiva ämnen som rengöringsprodukten rengör.

Varför behövs ytaktiva ämnen?

Problemet är att smuts, särskilt fett, är mycket svårt att tvätta bort med vatten. Försök att tvätta dina oljiga händer med vatten. Vattnet kommer att rinna av utan att tvätta bort fettet. Vattenmolekyler fastnar inte på fettmolekyler och tar dem inte med sig. Därför är uppgiften att fästa fettmolekyler på vattenmolekyler. Det är precis vad ytaktiva ämnen gör. En ytaktiv molekyl är en sfär, vars ena pol är lipofil (ansluter till fetter), och den andra är hydrofil (ansluter till vattenmolekyler). Det vill säga, ena änden av en ytaktiv partikel är fäst vid en fettpartikel och den andra änden är fäst vid vattenpartiklar.

Hur påverkar ytaktiva ämnen vår hälsa?

Det mesta av fukten i människokroppen är också baserad på fett. De där. till exempel är hudens skyddande lager (lipider - fetter som skyddar huden från olika bakterier som kommer in i kroppen) en fettfilm och förstörs naturligt av ytaktiva ämnen. Och smittan angriper den plats som är minst skyddad, vilket naturligtvis är skadligt för människors hälsa. Experter säger att efter att ha använt ett tvättmedel bör det skyddande skiktet av huden ha tid att återhämta sig inom 4 timmar till minst 60%. Dessa är de hygienstandarder som fastställts av GOST. Men inte alla rengöringsmedel ger sådan hudåterställning. Och fettfri och uttorkad hud åldras snabbare.

Dessutom kan icke biologiskt nedbrytbara ytaktiva ämnen ansamlas i hjärnan, levern, hjärtat, fettavlagringar (särskilt mycket) och fortsätta att förstöra kroppen under lång tid. Och eftersom nästan ingen kan klara sig utan tvättmedel, fylls ytaktiva ämnen ständigt på i vår kropp, vilket orsakar kontinuerlig skada på kroppen. Ytaktiva ämnen påverkar också reproduktionsfunktionen hos män, liknande radioaktiv strålning.

Problemet förvärras av att våra behandlingsanläggningar gör ett dåligt jobb med att ta bort ytaktiva ämnen. Därför kommer skadliga ytaktiva ämnen tillbaka till oss genom vattenförsörjningen i nästan samma koncentration som vi häller dem i avloppet. De enda undantagen är produkter med biologiskt nedbrytbara ytaktiva ämnen.

Vilka typer av ytaktiva ämnen finns det?

Anjoniska ytaktiva ämnen. Den största fördelen är den relativt låga kostnaden, effektiviteten och goda lösligheten. Men de är mest aggressiva mot människokroppen.
- Katjoniska ytaktiva ämnen. De har bakteriedödande egenskaper.
- Nonjoniska ytaktiva ämnen. Den största fördelen är dess gynnsamma effekt på tyget och, viktigast av allt, 100% biologisk nedbrytbarhet.
- Amfolytiska ytaktiva ämnen. Beroende på miljön (surhet/alkalinitet) fungerar de som antingen katjoniska eller anjoniska ytaktiva ämnen.

Hur påverkar ytaktiva ämnen miljön?

En av de främsta negativa effekterna av ytaktiva ämnen i miljön är en minskning av ytspänningen. Till exempel i havet leder en förändring i ytspänningen till en minskning av retentionshastigheten för CO2 och syre i vattenmassan. Och detta påverkar akvatisk flora och fauna negativt.

Dessutom kan nästan alla ytaktiva ämnen som används inom industri och hushåll, när de faller på partiklar av jord, sand eller lera, under normala förhållanden frigöra tungmetalljoner som hålls av dessa partiklar och därigenom öka risken för att dessa ämnen kommer in i människokroppen .

Vad är ett biologiskt nedbrytbart ytaktivt ämne?

Ett av huvudkriterierna för miljösäkerheten för hushållskemikalier är den biologiska nedbrytbarheten av ytaktiva ämnen som ingår i deras sammansättning. Tensider delas in i de som snabbt förstörs i miljön och de som inte förstörs och kan ansamlas i organismer i oacceptabla koncentrationer.

Dessutom görs en skillnad mellan primär biologisk nedbrytbarhet, vilket innebär strukturella förändringar i ytaktiva ämnen av mikroorganismer, vilket leder till förlust av ytaktiva egenskaper, och fullständig biologisk nedbrytbarhet - den slutliga biologiska nedbrytningen av ytaktiva ämnen till koldioxid och vatten. Endast helt biologiskt nedbrytbara ytaktiva ämnen är säkra.

Endast vissa nonjoniska ytaktiva ämnen, främst sådana som erhålls från biologiska råvaror snarare än petroleumprodukter, är 100 % biologiskt nedbrytbara.

Bio-ytaktivt ämne - vad är det?

1995 deltog ECOVER, tillsammans med det franska företaget Agro-Industrie Recherches et Développements (ARD), i ett europeiskt forskningsprojekt, vars mål var att lära sig att syntetisera ytaktiva ämnen från jordbruksavfall, som halm och vetekli. Projektet slutfördes framgångsrikt redan 1999 och produktionen i industriell skala började 2008.

Nuförtiden utgör bioytaktiva ämnen grunden för hela linjen av ECOVERs diskmedel. Testresultat bekräftar att sådana ytaktiva ämnen har en stark rengörande effekt, är helt biologiskt nedbrytbara och kännetecknas av låg toxicitet. Det är som en saga där halm blev till guld, men det här är en riktig historia.

Polära grupper i anjoniska ytaktiva ämnen är vanligtvis karboxylat-, sulfat-, sulfonat- och fosfatgrupper. I fig. Figur 1 visar molekylstrukturerna för de vanligaste ytaktiva medlen i denna klass.

Anjoniska ytaktiva ämnen används i mycket större mängder än andra typer av ytaktiva ämnen. Enligt en grov uppskattning är världsproduktionen av ytaktiva ämnen 10 miljoner ton per år, varav 60 % är andelen anjoniska ytaktiva ämnen.

Ris. 1. Strukturer av några typiska anjoniska ytaktiva ämnen

Det främsta skälet till populariteten för dessa ytaktiva ämnen är deras enkelhet och låga produktionskostnad. Anjoniska ytaktiva ämnen ingår i de flesta tvättmedel, och ytaktiva ämnen med alkyl- eller alkylarylgrupper innehållande 12-18 kolatomer i den hydrofoba kedjan har bäst rengöringseffekt.

Motjonerna är vanligtvis Na+, K+, NH4+, Ca 2+ joner och olika protonerade alkylaminer. Natrium- och kaliumjoner ökar lösligheten av ytaktiva ämnen i vatten, medan kalcium- och magnesiumjoner bidrar till att öka lösligheten av ytaktiva ämnen i oljefasen. Protonerade aminer och alkanolaminer säkerställer lösligheten av ytaktiva ämnen i båda faserna.

Tvål utgör också en enorm klass av ytaktiva ämnen. De produceras genom förtvålning av naturliga oljor och fetter. Vanligtvis kallas tvålar alkalimetallsalter av karboxylsyror erhållna från animaliska fetter eller vegetabiliska oljor. Tvål innehåller vanligtvis fettsyror som kommer från tallolja, palmolja och kokosolja. Vid användning under optimala förhållanden är tvål idealiska ytaktiva ämnen. Deras största nackdel är känsligheten för hårt vatten, vilket avgjorde behovet av att skapa syntetiska ytaktiva ämnen. En mycket specifik tillämpning finns i litiumsaltet av en fettsyra, nämligen litium-12-hydroxistearat, som används som huvudkomponent i smörjmedel.

Alkylbensensulfonater utgör en grupp syntetiska ytaktiva ämnen som anses vara de viktigaste "arbetshästarna". De används i stor utsträckning i hushållsrengöringsprodukter, såväl som i en mängd olika industriella tillämpningar. De erhålls genom sulfoneringsprocessen av alkylbensener. I storskalig syntes används svaveltrioxid oftast som sulfoneringsmedel, men andra ämnen som svavelsyra, oleum, klorsulfonsyra eller amidosulfonsyra kan också användas. I vissa fall visar sig de vara ännu mer att föredra. Industriell syntes utförs i en kontinuerlig process med användning av en frittflytande filmapparat. Det första steget i processen producerar pyrosulfonsyra, som reagerar långsamt och spontant vidare för att bilda sulfonsyra.

Sulfonsyran neutraliseras sedan med kaustiksoda, vilket resulterar i bildandet av ett alkylbensensulfonatsalt. På grund av den stora volymen alkylsubstituenter bildas nästan uteslutande n-sulfonsyror. I diagrammet ovan är R en alkylgrupp, typiskt innehållande 12 kolatomer. Ursprungligen användes grenade alkylbensener som en mellanprodukt vid syntes av ytaktiva ämnen, men nuförtiden ersätts de nästan helt av linjära derivat, därför kallas sådana ytaktiva ämnen linjära alkylbensensulfonater. Avvisandet av grenade derivat och deras ersättning med linjära beror främst på deras snabbare biologiska nedbrytning. Alkylbensener framställs i sin tur genom alkylering av bensen med n-alkener eller alkylklorider med användning av HF eller AICI3 som katalysatorer. Reaktionen ger en blandning av isomerer med en fenylgrupp bunden till en av de icke-terminala positionerna i alkylkedjan.

En annan typ av sulfonattensider som används i tvättmedel är paraffin- och a-olefinsulfonater, de senare ofta kallade AOS. I allmänna fall är de resulterande ytaktiva medlen komplexa blandningar av ämnen som skiljer sig i fysikalisk-kemiska egenskaper. Paraffinsulfonater, eller sekundära n-alkansulfonater, tillverkas huvudsakligen i Europa. De erhålls som regel genom sulfonoxidation av paraffinkolväten med svaveldioxid och syre under bestrålning med ultraviolett ljus. I en äldre process, som dock fortfarande används, framställs paraffinsulfonater genom en sulfokloreringsreaktion. Båda processerna är radikalreaktioner, och eftersom sekundära kolatomer bildar mer stabila fria radikaler än primära kolatomer, introduceras en sulfogrupp statistiskt till alla icke-terminala kolatomer i alkankedjan. En blandning av kolväten C 14 - C 17, ibland kallad "Euro-fraktionen", är den vanligaste hydrofoba råvaran, och slutprodukterna i detta fall representeras av mycket komplexa blandningar av isomerer och homologer.

a-olefinsulfonater framställs genom reaktion av linjära a-olefiner med svaveltrioxid; resultatet är en blandning av alkensulfonater, 3- och 4-hydroxialkansulfonater och vissa disulfonater och andra ämnen. Huvudsakligen används två olefinfraktioner som råmaterial: C12-C16 och C16-C18. Förhållandet mellan alkensulfonater och hydroxialkansulfonater regleras i viss utsträckning av förhållandet mellan mängderna SO3 och olefiner som införs i reaktionsblandningen: ju högre detta förhållande är, desto mer alkensulfonsyra bildas. Bildandet av hydroxialkansulfonsyra sker genom en mellanliggande cyklisk sulton, som sedan klyvs av alkali. Suton är giftigt, så det är viktigt att dess koncentration i slutprodukten är mycket låg. Erhållandeschemat kan skrivas på följande sätt:

Natriumdisulfosuccinat är ett ytaktivt ämne av alkylsulfonat som ofta används i ytkemistudier. På grund av sin skrymmande hydrofoba grupp är detta ytaktiva ämne särskilt lämpligt för att producera vatten-i-olja mikroemulsioner.

Isetionat-tensider med den allmänna formeln R-COOC^C^SO^Na* är estrar av fettsyror och salter av isetionsyra. De är bland de mildaste ytaktiva ämnena och används i kosmetiska formuleringar.

Sulfonattensider, erhållna genom sulfonering av lignin, petroleumfraktioner, alkylnaftalener eller andra billiga kolvätefraktioner, används i stor utsträckning industriellt som dispergeringsmedel, emulgeringsmedel, demulgeringsmedel, skumdämpare, vätmedel, etc.

Sulfonerade sulfater och etoxylerade alkoholer utgör en annan viktig grupp av anjoniska ytaktiva ämnen som används i stor utsträckning i tvättmedel. Dessa är monoestrar av svavelsyra i vilka esterbindningen är mycket labil och relativt lätt bryts vid lågt pH som ett resultat av autokatalytisk hydrolys. Som råmaterial för denna typ av ytaktiva ämnen används linjära och grenade alkoholer med ett antal kolatomer från 8 till 16. Vid användning av en linjär alkohol med 12 kolatomer erhålls dodecylester av svavelsyra och efter neutralisering med kaustiksoda, natriumdodecylsulfat bildas - det viktigaste ytaktiva ämnet av denna typ. Etoxylerade alkoholer, som vanligtvis används som mellanprodukter, är alifatiska alkoholer med två eller tre oxietylenenheter. Processen liknar den ovan diskuterade sulfoneringen. I industriell produktion används svaveltrioxid som reagens,

och liknande sulfonering, fortskrider reaktionen genom steget för bildning av pyrosulfat som en mellanprodukt:

Syntesen av sulfatestrar av etoxylerade alkoholer utförs på liknande sätt. Reaktionen åtföljs vanligtvis av bildningen av en märkbar mängd 1,4-dioxan. Eftersom dioxan är giftigt måste det avlägsnas genom destillation. Sådana ytaktiva ämnen kallas vanligtvis etoxylerade alkylsulfater. De har bra skummande egenskaper, låg toxicitet för hud och ögon och används därför i diskmedel och schampon.

Etoxylerade alkoholer kan omvandlas till karboxylater, dvs etoxylerade alkylkarboxylater. Traditionellt gjordes detta med natriummonokloracetat:

Williamson-reaktionen fortskrider vanligtvis med lågt utbyte. Nyare syntesmetoder är baserade på oxidation av etoxylerade alkoholer med syre eller väteperoxid i ett alkaliskt medium med platina eller palladium som katalysator. I denna reaktion sker omvandling av etoxylater med gott utbyte, men oxidativ nedbrytning av polyoxietylenkedjan är också möjlig. Etoxylerade alkylkarboxylater används vid tillverkning av personliga hygienprodukter eller som hjälpytaktiva ämnen i olika flytande tvättmedelsformuleringar. Liksom etoxylerade alkylsulfater är etoxylerade alkylkarboxylater stabila i mycket hårt vatten. Båda typerna av ytaktiva ämnen har också god förmåga att dispergera kalciumtvålar, vilket är mycket viktigt för ytaktiva ämnen som ingår i personliga hygienprodukter. Förmågan att dispergera kalciumtvålar uttrycks vanligtvis som mängden ytaktivt medel som krävs för att dispergera kalciumtvål framställd av 100 g natriumolet i vatten med en hårdhet motsvarande 0,0333 % CaCO3.

Viktig information om anjoniska ytaktiva ämnen

1. Anjoniska ytaktiva ämnen är den vanligaste klassen av ytaktiva ämnen.

2. Typiskt är anjoniska ytaktiva ämnen oförenliga med katjoniska ytaktiva ämnen.

3. De är känsliga för hårt vatten, och känsligheten minskar i ordningen karboxylater > fosfater > sulfater "sulfonater.

4. Införandet av en kort polyoxietylenkedja mellan den anjoniska gruppen och kolväteradikalen ökar signifikant motståndskraften hos anjoniska ytaktiva ämnen mot salter.

5. Införandet av en kort polyoxipropylenkedja mellan den anjoniska gruppen och kolväteradikalen ökar lösligheten av det ytaktiva medlet i organiska medier, men kan samtidigt leda till en minskning av hastigheten för biologisk nedbrytning av det ytaktiva medlet.

6. Som ett resultat av autokatalytisk hydrolys hydrolyseras sulfattensider snabbt i sura miljöer. Andra typer av ytaktiva ämnen är stabila under inte alltför hårda förhållanden.

Alla kommersiella fosfatensider innehåller fosforsyramono- och diestrar, och det relativa innehållet av dessa komponenter varierar kraftigt beroende på tillverkare. Eftersom de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos alkylfosfat-tensider beror på förhållandet mellan olika estrar, är alkylfosfater från olika tillverkare mindre utbytbara än andra typer av ytaktiva ämnen. Fosforoxiklorid POCI 3 kan användas som ett fosforyleringsmedel för framställning av alkylfosfat-tensider. I detta fall bildas också en blandning av mono- och diestrar av fosforsyra.