Ви можете купити ПАР (поверхнево-активні речовини)у нас. Телефонуйте: (+38 044) 228-08-72.

Поверхнево-активні речовини (ПАР) — хімічні сполуки, які, концентруючись на поверхні поділу фаз, викликають зниження поверхневого натягу

Завдяки миючим, змочуючим, емульгувальним, диспергуючим та іншим цінним властивостям ПАР знаходять широке застосування у виробництві миючих засобів, косметичних і фармацевтичних препаратів. Латексів. Каучук. Полімерів. Хімічні засобизахисту рослин, текстилю, шкіри та паперу, будівельних матеріалах, інгібіторів корозії, при видобутку, транспортуванні та переробці нафти та ін. Більша частинаПАР (за оцінкою 55-60%) застосовується для синтетичних миючих засобів (СМС).

Синтетичні поверхнево-активні речовини (ПАР), що застосовуються в даний час, діляться на 4 класи:

• аніонні ПАР - сполуки, які в водних розчинахдисоціюють з утворенням аніонів, що зумовлюють поверхневу активність. Серед них найбільше значеннямають лінійний алкілбензосульфонат, сульфати та сульфоефіри жирних кислот;
• амфотерні (амфолітні) ПАР - з'єднання, які у водних розчинах іонізуються і ведуть себе залежно від умов (головним чином від рН - середовища), тобто в кислому розчині виявляють властивості катіонних ПАР, а в лужному розчині - аніонних ПАР. Серед основних амфотерних ПАР слід відзначити алкілбетаїни, алкіламінокарбонові кислоти, похідні алкіл імідазолінів, алкіламіноалкансульфонати.
• неіоногенні ПАР - сполуки, що розчиняються у воді, не іонізуючись. Розчинність неіоногенних ПАР у воді обумовлюється наявністю в них функціональних груп. Як правило, вони утворюють нітрати у водному розчині внаслідок виникнення водневих зв'язківміж молекулами води та атомами кисню поліетиленгліколевої частини молекули ПАР. До них відносяться: полігліколеві ефіри жирних спиртів та кислот, полігліколеві ефіри амідів жирних кислот, ацильовані або алкільовані полігліколеві ефіри алкіламідів.
• катіонні ПАР - сполуки, які у водному розчині дисоціюють з утворенням катіонів, що визначають поверхневу активність. Серед катіонних ПАР найбільше значення мають четвертинні амонієві сполуки, імідазаліни, жирні аміни.

Основною сировиною для багатотоннажного виробництва ПАР - продукти нафтопереробки та нафтохімічного синтезу: низькомолекулярні та вищі парафіни, олефіни, синтетичні жирні кислоти, вищі жирні спирти, алкілпохідні бензолу та фенолу, окис етилену та ін.

Відомим є той факт, що перше ПАР - мило - «живе» вже майже 4000 років, проте в 50-ті роки воно поступилося своїми позиціями миючим і чистячих засобів на основі алкілбензолсульфонату. Проте у світі споживається щорічно 9 млн. т мила. Таким чином, мило залишається найбільш поширеним у світі ПАР, за ним слідує АБС. Мило, за оцінками стратегічного маркетингу, знаходиться протягом багатьох років у так званій «фазі насичення». "Фаза дегенерації", напевно, ніколи не настане, поки живе людство.

ПАР у косметиці

Поняття «Косметика» поєднує широкий спектр різноманітних продуктів, призначених для догляду за волоссям та тілом людини. Це шампуні для волосся і рідке мило; барвники для волосся; засоби для догляду за волоссям після миття; ополіскувачі, бальзами тощо; косметичні креми для обличчя, тіла, рук, у т. ч. лікувально-профілактичної дії.

Сучасні шампуні - це багатофункціональні продукти, які містять різні інгредієнти, що забезпечують м'якість дії, стабільність, піноутворення, що покращують зовнішній виглядта гриф волосся.
Основу сировинних компонентів шампунів складають поверхнево-активні речовини (ПАВ), а також різні корисні добавки, в т. ч. і біологічно активні.
Як основні ПАР використовуються аніонні речовини, які забезпечують достатній миючий ефект і піноутворення при щадному дії на шкіру і волосся.

Для звичайних серійних шампунів аніонні ПАР (алкілсульфати та алкілефірсульфати)
З метою отримання «м'яких» шам-пунів у суміші з ними застосовуються алкіламідоефірсульфати, сульфосукцинати, і меншою мірою, ізотіонати, саркозинати та ін.
До допоміжних ПАР відносять амфотерні, неіонні та катіонні речовини. Вони необхідні у складах шампунів для підвищення сумісності основних ПАР зі шкірою і волоссям, підвищення піноутворюючих властивостей, регулювання в'язкості, зниження знежирюючої дії. З цією метою широко використовуються похідні імідазоліну, бетаїни, алкілоламіди, оксиди амінів.
Алкілоламіди, гліколеві ефіри жирних спиртів використовуються в якості солюбілізаторів для введення віддушок і інших гідрофобних компонентів (масел, біологічно активних речовин).

Катіонні, неіонні ПАР, бета-іни використовуються як кондиціонують агенти, що знімають заряди статичної електрики і полегшують розчісування сухого і вологого волосся.

Найбільш дієвими антистатиками є катіонні ПАР - четвертинні амонієві сполуки, хоча існують проблеми несумісності з аніонними ПАР. Однак, в суміші з неіонними і амфотерними речовинами вдається досягти бажаного ефекту і зберегти стабільність готового продукту.
Окиси амінів, оксиефіри алкілфосфатів також використовуються для пом'якшення волосся, зниження їх електризування.

Окрему групу серед шампунів, рідкого мила, пін для ванн складають особливо «м'які» склади, призначені для дітей і дорослих з чутливою шкірою, тобто склади підвищеної м'якості з точки зору впливу на шкіру. Тут вимоги до сировини особливо високі. Найчастіше як активний початок використовується суміш алкілефірсульфатів з амфотерними ПАР - похідними імідазоліну, а також бетаїни і моноалкілсульфосукцинати. Така ж основа використовується у протиперхотних та лікувальних шампунях.

Аніонні ПАР

Основними видами ПАР, що використовуються у складі СМС, є алкілбензосульфонати з лінійним алкільним ланцюгом (ЛАБС) та похідні спиртів С12-С15 (етоксилати, сульфати, етоксисульфати спиртів). ЛАБС і сульфати спиртів, поряд з милом, відносяться до аніонних ПАР, етоксилати спиртів - до неіоногенних (неіонних) ПАР.

Неіонні ПАР

Другим важливим видом ПАР для СМС є неіонні ПАР, одержувані оксиетилуванням вищих жирних спиртів або алкілфенолів

Найчастіше використовувані неіонні ПАР - це оксиетилати жирних спиртів, які можуть ґрунтуватися як на лінійному, так і розгалуженому спирті. Якщо етоксилати на базі довголанцюгових спиртів (С12-С15) завдяки кращій миючій здатності більше використовуються в рецептурах CMC для пралень, то для чищення твердих поверхонь краще використовувати етоксилати на базі коротколанцюгових спиртів (С9-С11). Ці етоксилати відрізняються кращою змочує здатністю і крайовим кутом змочування по відношенню до твердих поверхонь. В цілому неіонні ПАР завдяки варіабільності їх основи і ступеню оксиетилування або пропоксилювання можна. ідеальним чиномпідігнати під конкретне завдання. Вони, як правило перевершують аніонні ПАР як по чистить, так і знежирюючою дії і в залежності від профілю використання емульгують більше або менше масла і жири.

Амфотерні ПАР

З групи амфотерних ПАР найчастіше використовують похідні бетаїну (наприклад, кокамінопропіл бетаїн). У поєднанні з аніонними ПАР вони покращують піноутворювальну здатність і підвищують нешкідливість рецептур, а при з'єднанні з катіонними полімерами посилюють позитивний впливсиліконів та полімерів на волосся та шкіру. Ці похідні одержують із природної сировини, тому вони є досить дорогими компонентами.

Ми пропонуємо такі поверхнево-активні речовини (ПАР):

При виробництві ПОЗОВ крім в'язких речовин, наповнювачів і наповнювачів широке застосування знаходять додаткові речовини в сумішах, іменовані добавками.

На стадіях технологічного виробництвавони:

- полегшують виконання операцій;

Знижують кількість енергії, що витрачається;

Зменшують витрати дорогих компонентів;

Знижують матеріаломісткість;

Сприяють забезпеченню необхідних показників властивостей матеріалу;

Сприяють прискоренню чи уповільненню процесів структуроутворення та затвердіння.

На стадії експлуатації конструкцій добавки, введені раніше ПОЗОВ, покликані:

Зміцнити, стабілізувати структуру матеріалу;

Максимально гальмувати неминучу деструкцію, що виникає та розвивається у матеріалі під впливом зовнішнього середовищата внутрішніх мимовільних явищ.

Основне функціональне призначення добавок,і цим вони відрізняються від заповнювачів та наповнювачів, полягає в тому,що вони завжди досить активно взаємодіють з одним або декількома компонентами сумішей у процесі формування структури в'язкої частини або макроструктури ПОЗОВ. В результаті реакції виникають нові сполуки, яких раніше не було в суміші, причому добавки або витрачаються, або втрачають свої індивідуальні ознаки. Зрозуміло, що при надмірній кількості добавки можуть частково залишитися в суміші та у сформованому матеріалі без будь-яких змін, що не є бажаним.

Поверхнево-активними речовинами (ПАР ) називають такі хімічні сполуки, які адсорбуються на поверхнях розділу рідин і твердих тіл і впливають на їх фізико-хімічні або Хімічні властивості. ПАР є, зазвичай, сполуками, молекули яких складаються із двох основних елементів - радикала і функціональної групи.

Радикал- являє собою групу атомів, яка при ряді хімічних перетвореньнезмінна і переходить із молекули одного з'єднання в молекулу іншого.

Радикали утворюються, наприклад, при відщепленні в молекулах вуглеводнів органічних сполукатомів водню. Так, якщо в будь-якій граничній (насиченій) сполукі, що відноситься до класу парафінів типу C n H 2 n +2 , відщеплюється атом водню, то група атомів C n H 2 n +1, що залишилася, є аліфатичним (жирним) радикалом

Н - З - З - ... - З -, який позначається буквою R.

Місце відщепленого водню в молекулі може зайняти інший атом або група атомів, які мають певні властивості, пов'язані зі стаціонарним зміщенням електронів на атомних орбітах, що зумовлює наявність певного електричного диполя і дипольного моменту всієї молекули. Такі атоми чи групи атомів називаються функціональними групами .

Найбільш часто зустрічаються у складі ПАР функціональні групи:

Гідроксильна: (- ВІН);

Карбоксильна: (- СООН);

Амінна (аміно-група): (- NН 2);

Нітрогрупа: (- NО 2);

Сульфатогрупа: (- SО 3 H).

За кількістю функціональних груп у молекулі ПАР можуть бути одно-, -двох- та багатоосновними.

З'єднання, в яких аліфатичний радикал містить менше 10 атомів вуглецю , як правило, не мають поверхневої активності, тобто. здатністю адсорбуватися та знижувати поверхневий натяг рідин або поверхневу енергію твердих тіл. При вмісті в радикалі понад 10 атомів вуглецю вони зазвичай поверхнево-активні і називаються вищими жирними ПАР . Від типу функціональної полярної групи та структури радикалу залежить розчинність ПАР у різних розчинниках та здатність дисоціювати на іони.

ПАР, у яких функціональні групи несуть позитивний заряд, активні в кислому середовищіі неактивні в лужній, тоді як ПАР з негативно зарядженими функціональними групами, навпаки, активні в лужній і неактивні в кислій.

КЛАСИФІКАЦІЯ ПАР

Принципово всі ПАР поділяють на дві великі групи: іногенні сполуки, що розчиняються у воді, що дисоціюють на іони, та неіногенні, які на іони не дисоціюють.

Залежно від того, якими іонами обумовлена ​​поверхнева активність іоногенних речовин - аніонами або катіонами, іоногенні речовини поділяються на аніонактивні, катіонактивні, амфолітні. Аніонактивні ПАР активні в лужних розчинах, катіонактивні - у кислих, амфолітні - у тих та інших.

Аніонактивні речовини у лужних розчинах, утворюючи негативно заряджені поверхнево-активні іони (аніони):

RCOONa ↔ RCOO - + Na +

Катіонактивні речовини при дисоціації в кислих розчинах утворюють позитивно заряджені поверхнево-активні іони (катіони):

RNH 3 Cl ↔ RNH 3 + + Cl -

До аніонактивних ПАР відносяться: карбонові кислоти (RCOOH) та їх солі (RCOOMe) та ін.

До катіоактивних ПАР відносяться аміни, амонієві основи:

RNH 2; RNH3Cl.

Амфолітні ПАР містять дві функціональні групи, одна з яких має кислий, інша - основний характер, наприклад карбоксильну та амінну групу.

Залежно від середовища амфолітні сполуки мають аніонні або катіонні властивості:

лужне середовище кисле середовище;

RNH(CH 2) n COO - ↔ RNH(CH 2) n COOH↔RNH 2 (CH 2) n COOH;

Аніонні властивості катіонні властивості.

Неіоногенні ПАР, розчиняючись у воді, не утворюють іонів.

До групи неіогенних ПАР відносяться продукти оксиетилування жирних кислот, спиртів, амінів.

RCOO(C 2 H 4 O) n · H; RCH 2 O(C 2 H 4 O) n · H; RC 6 H 5 O(C 2 H 4 O) n OH .

КЛАСИФІКАЦІЯ ПАВ З МЕХАНІЗМУ ДІЇ

Залежно від дії ПАР в дисперсних системахвони діляться на 4 групи:

До першої групивідносяться низькомолекулярні, істинно розчинні у воді ПАР, наприклад, спирти. Вони є слабкими змочувачами та піногасниками.

До другої групивідносяться ПАР диспергатори та емульгатори. Адсорбуючись, ефективно знижують вільну поверхневу енергію рідини або твердого тілаі тим самим полегшують процес утворення нових поверхонь та диспергування. Ці речовини мають і деякі стабілізуючі дії.

В результаті орієнтованої адсорбції ПАР другої групи гідрофобізують тверді поверхні і, навпаки, гідрофілізують гідрофобні поверхні. Особливо різко виражений ефект гідрофобізації цих ПАР, що посилюється хімічним зв'язком - фіксацією полярних груп ПАР на відповідних ділянках твердої поверхні.

До ПАР другого класу відносяться жирні кислоти, їх водорозчинні солі, катіонактивні органічні основи та солі.

У третю групуоб'єднані ПАР, що є хорошими стабілізаторами. Поверхнева активність їхня порівняно мала.

Ці ПАР є також хорошими адсорбційними пластифікаторами - пластифікують структуру, знижуючи їхню міцність і структурну в'язкість. У цементних розчинах і бетонах це дозволяє переходити до жорстких і водночас однорідним сумішам, сприяють рівномірності перемішування, підвищує щільність і довговічність (морозостійкість), призводить до підвищення міцності та зниження витрати цементу.

Як пластифікатори використовують лігносульфонати кальцію (сульфітно-спиртова барда - ССБ і сульфітно-дрожжева бражка - СДБ) і т.п.

Четверта група ПАР- це миючі речовини, що мають високу поверхневу активність, змочують і гідрофобізуючу дію. Вони також ефективні емульгатори та стабілізатори емульсій. До цієї групи входять мила жирних кислот та амінів.

У будівництві переважно використовують поверхнево-активні речовини другої - четвертої груп.

ПАР для цементобетонних сумішей та цементобетону поділяють на такі види:

1. Регулюючі властивості бетонних сумішей

1.1. Пластифікуючі 1-4 групи (супер-, сильно-, середньо-і слабопластифікуючі). Збільшують рухливість бетонної суміші, уповільнюють схоплювання бетону та підвищують міцність.

1.2. Стабілізуючі. Підвищують однорідність бетону, знижують проникність.

1.3. Водоутримуючі. Збільшують рухливість суміші, знижують проникність та міцність бетону, підвищують однорідність бетону.

1.4. Покращують перекачування. Підвищують однорідність, знижують водовідділення суміші та міцність бетону.

1.5. Уповільнювальні схоплювання. Збільшують час рухливості суміші, уповільнюють схоплювання в 2 і більше разів +20°С. Збільшення міцності у дальні терміни твердіння.

1.6. Які прискорюють схоплювання. Прискорюють схоплювання на 20% і більше за 20°С. Прискорення твердіння.

1.7. Порізуючі – для легких бетонів.

1.8. Повітрязалучальні. Підвищення зручності та морозостійкості, зниження розшаровування.

1.9. Піно- та газоутворюючі. Піноутворюючі добавки забезпечують одержання технічної піни. Газоутворюючі ПАР здатні виділяти газ за рахунок хімічної взаємодіїіз продуктами гідратації цементу.

2. Регулюючі твердіння бетону

2.1. Прискорюючі твердіння. Підвищення міцності віком 1 доби на 20% і більше. Уповільнення набору міцності в більш пізні терміни.

2.2 Уповільнення твердіння. Зниження міцності бетону на 30% і більше віком до 7 діб.

3. Підвищують міцність та (або) корозійну стійкість, морозостійкість бетону, зниження проникності бетону

3.1. Водоредулюючі (1-4 групи). Зниження витрати води (на 20-5%). Підвищення морозостійкості та корозійної стійкості.

3.2. Кольматують. Підвищення марки бетону з водонепроникності та корозійної стійкості.

3.3. Повітрязалучаючі та газоутворюючі. Підвищення морозостійкості у 2 та більше разів, пластифікація суміші.

3.4. Підвищують захисні властивості бетону по відношенню до арматури (інгібітори корозії сталі). Збільшення рухливості суміші та зниження дифузійної проникності бетону.

4. Спеціальні властивості, що надають бетону

4.1. Протиморозні (що забезпечують твердіння при негативних температурах).

4.2. Гідрофобізуючі (1-3 груп). Зниження водопоглинання у 1,5-5 разів і більше, уповільнення схоплювання.

Введення ПАР у цементне тісто, розчинну або бетонну суміш істотно змінює їх структуру та властивості як у пластичному, так і затверділому стані. Різні видиПАР, зазначені вище, по-різному змінюють властивості бетонної суміші або бетону за рахунок адсорбування на поверхні зерен клінкеру і новоутворень, а також поверхні кам'яних матеріалів.

Змінюється також мікроструктура гідратованого цементу в результаті адсорбційного модифікування, що розвивається. Поверхня кристалів, що утворюються в цементному тесті і камені, покривається адсорбційною пасивною плівкою поверхнево-активних речовин, зростання кристалів уповільнюється і утворюється дрібніша. кристалічна структураіз зміною самої форми кристалів.

Таким чином, застосовуючи ПАР, можна значно розширити можливості виробництва асфальто- та цементобетонних сумішей. У даному випадкуосновне полягає в правильному виборіматеріалів та добавок, а також у їх дозуванні.

Неіоногенні ПАР

Сполуки, які розчиняються у воді без утворення іонів, називають неіонними. Їх групу представляють полігліколеві та полігліколенові ефіри жирних спиртів (наприклад, фейстензид - Disodium Laurethsulfosuccinate - текуча рідина, що складається з лимонної кислоти та жирних спиртів). Отримують неіонні ПАВи оксіетилуванням рослинних олій (касторове, паростків пшениці, льону, кунжуту, какао, календули, петрушки, рису, звіробою). Неіонні ПАР існують тільки в рідкій або пастоподібній формі, тому не можуть утримуватися у твердих миючих засобах (мило, порошки).

Водні розчини складних ефірів жирних кислот являють собою дисперсійний міцельний розчин, який часто називають «розумним милом», оскільки він емульгує бруд та жир, видаляючи їх з поверхні шкіри та волосся, не пошкоджуючи захисну мантію.

Властивості неіонних ПАР

Цей вид ПАР привносить мийному засобу м'якість, безпеку, екологічність (біорозкладаність неіонних тензид становить 100%). Вони стабілізують мильну піну, мають м'які властивості загусника, надають брадикіназну та поліруючу дію, реставруючи зовнішні шари епідермісу та волосся, сприяють активізації дії лікувальних добавок препарату, що очищає.

Це найбільш перспективний клас ПАР, що швидко розвивається. Не менше 80-90% таких ПАР отримують приєднанням окису етилену до спиртів, алкілфенолів, карбонових кислот, амінів та ін. сполук з реакційноздатними атомами водню. Поліоксіатиленові ефіри алкілфенолів - найчисленніша і найпоширеніша група неіоногенних ПАР, що включає більше сотні торгових назв найбільш відомі препарати ОП-4, ОП-7 та ОП-10. Типова сировина - октил-, іоніл-і додецилфеноли; кр. того, використовують крезоли, крезолову до-ту, в-нафтол та ін. Якщо в реакцію взятий індивідуальний алкілфенол, готовий продукт являє собою суміш ПАР загальної ф-ли RC6H4O(CH2O) mH, де т - ступінь оксиетилування, що залежить від молярного співвідношення вихідних компонентів.

Усі ПАР. можна розділити на дві категорії за типом систем, що утворюються ними при взаємодії з розчинним середовищем. До однієї категорії відносяться міцелоутворюючі ПАР. в., до іншої - не утворюють міцел. У розчинах міцелоутворювальних ПАР ст. вище критичної концентрації міцелоутворення (ККМ) виникають колоїдні частинки(міцели), що складаються з десятків чи сотень молекул (іонів). Міцели оборотно розпадаються на окремі молекули або іони при розведенні розчину (точніше колоїдної дисперсії) до концентрації нижче ККМ.

Таким чином, розчини міцелоутворювальних ПАР. займають проміжне положення між істинними (молекулярними) та колоїдними розчинами, тому їх часто називають напівколоїдними системами. До міцелоутворювальних ПАР відносять усі миючі речовини, емульгатори, змочувачі, диспергатори та ін.

Поверхневу активність зручно оцінювати за найбільшим зниженням поверхневого натягу поділеного на відповідну концентрацію - ККМ у разі міцелоутворювальних ПАР. Поверхнева активність обернено пропорційна ККМ:

Утворення міцелл відбувається у вузькому інтервалі концентрацій, який стає вже й певнішим у міру подовження гідрофобних радикалів.

Найпростіші міцели типових напівколоїдних ПАР, напр. солей жирних к-т, при концентраціях, що не надто перевищують ККМ, мають сфероїдальну форму.

Зі зростанням концентрації ПАР анізометричних міцел супроводжується різким зростанням структурної в'язкості, що призводить в деяких випадках до гелебреаування, тобто. повної втрати текучості.

Дія детергентів. Мило відоме вже тисячі років, але тільки відносно недавно хіміки зрозуміли, чому воно має миючі властивості. Механізм видалення бруду по суті той самий для мила і синтетичних миючих засобів. Розглянемо його на прикладі кухонної солі, звичайного мила та алкілбензолсульфонату натрію, одного з перших синтетичних детергентів.

При розчиненні у воді кухонна сільдисоціює на позитивно заряджені іони натрію та негативно заряджені хлорид-іони. Мило, тобто. стеарат натрію (I), подібні з ним речовини, а також алкілбензолсульфонат натрію (II) поводяться подібним чином: вони утворюють позитивно заряджені іони натрію, але їх негативні іони, на відміну від хлорид-іону, складаються приблизно з п'ятдесяти атомів.

Мило (I) можна подати формулою Na+ і C17H35COO-, де 17 атомів вуглецю з приєднаними до них атомами водню витягнуті в звивистий ланцюжок. Алкілбензолсульфонат натрію (Na+ C12H25C6H4SO3-) має приблизно стільки ж атомів вуглецю та водню. Однак розташовані вони не у вигляді звивистого ланцюжка, як у милі, а у вигляді розгалуженої структури. Значення цієї різниці стане зрозуміло пізніше. Для миючої діїважливо те, що вуглеводнева частина негативного іона нерозчинна у воді. Однак вона розчинна в жирах і оліях, а саме завдяки жиру бруд прилипає до речей; і якщо поверхня повністю очищена від жиру, бруд не затримується на ньому.

Негативні іони (аніони) мила та алкілбензолсульфонату схильні концентруватися на поверхні розділу води та жиру. Водорозчинний негативно заряджений кінець залишається у воді, тоді як вуглеводнева частина занурена у жир. Щоб поверхня розділу була найбільшою, жир повинен бути у вигляді дрібних крапельок. В результаті утворюється емульсія - завись крапель жиру (олії) у воді (III).

Якщо на твердій поверхні є плівка жиру, то при контакті з водою, що містить детергент, жир залишає поверхню і переходить у воду у вигляді дрібних крапель. Аніони мила та алкілбензолсульфонату знаходяться одним кінцем у воді, а іншим – у жирі. Бруд, що утримується плівкою жиру, видаляється при полосканні. Так у спрощеному вигляді можна уявити дію миючих засобів.

Будь-яку речовину, яка схильна збиратися на поверхні розділу масло - вода, називають поверхнево-активною речовиною. Усі поверхнево-активні речовини є емульгаторами, оскільки сприяють утворенню емульсії олії у питній воді, тобто. «змішенню» олії та води; всі вони мають миючі властивості і утворюють піну - адже піна є як би емульсією повітряних бульбашок у воді. Не всі ці властивості виражені вони однаково. Є поверхнево-активні речовини, які рясно утворюють піну, але є слабкими миючими засобами; є й такі, які майже не піняться, але є прекрасними миючими засобами. Синтетичні детергенти – це синтетичні поверхнево-активні речовини з особливо високою миючою здатністю. У промисловості термін «синтетичний миючий засіб» зазвичай означає композицію, що включає поверхнево-активний компонент, відбілювачі та інші добавки.

Мило, алкілбензолсульфонати та багато інших миючих засобів, де саме аніон розчиняється в жирах, називають аніоноактивними. Є також поверхнево-активні речовини, в яких жиророзчинним є катіон. Їх називають катіоноактивними. Типовий катіонний детергент, хлорид алкілдиметилбензіламонію (IV) є сіллю четвертинного амонію, що містить азот, пов'язаний з чотирма групами. Хлорид-аніон завжди залишається у воді, тому його називають гідрофільним; Вуглеводневі групи, пов'язані з позитивно зарядженим азотом, є ліпофільними. Одна з цих груп, C14H29, схожа на довгий вуглеводневий ланцюжок у милі та алкілбензолсульфонаті, але вона приєднана до позитивного іону. Такі речовини називають «зворотними милами». Деякі з катіоноактивних детергентів мають сильну антимікробну дію; їх застосовують у складі миючих засобів, призначених не тільки для миття, але й для дезінфекції. Однак якщо вони викликають роздратування очей, то при їх використанні в аерозольних складах ця обставина має бути відображена в інструкції на етикетці.

Ще один тип миючих засобів – неіонні детергенти. Жиророзчинна група в детергенті (V) являє собою щось подібне до жиророзчинних груп в алкілбензолсульфонатах і милах, а залишок - це довгий ланцюг, що містить безліч кисневих атомів і OH-групу на кінці, які є гідрофільними. Зазвичай неіонні синтетичні миючі засоби виявляють високу миючу здатність, але слабо утворюють піну.

СПАВ (Синтетичні Поверхнево-Активні Речовини) є великою групою сполук, різних за своєю структурою, що належать до різним класам. Ці речовини здатні адсорбуватися на поверхні розділу фаз і знижувати внаслідок цього поверхневу енергію (поверхневий натяг). Залежно від властивостей, що проявляються СПАР при розчиненні у воді, їх ділять на аніоноактивні речовини (активною частиною є аніон), катіоноактивні (активною частиною молекул є катіон), амфолітні та неіоногенні, які зовсім не іонізуються.

Не секрет, що основні діючі компоненти пральних порошків – поверхнево-активні речовини (ПАР). Правду кажучи, ці активні хімічні сполуки, потрапляючи в організм, руйнують живі клітини шляхом порушення найважливіших біохімічних процесів.

Майбутнє за синтетикою? Мабуть так. На підтвердження цього ПАР дедалі більше удосконалюються, є так звані неіоногенні ПАР, біорозкладність яких сягає 100%. Вони більш ефективні при низьких температурахщо важливо для щадних режимів прання. Оскільки багато штучних волокон не витримують високих температур. До того ж прання у більш холодній водіекономить енергоресурси, що є актуальнішим з кожним днем. На жаль, більшість неіоногенних ПАР рідкі або пастоподібні, і тому використовуються в рідких та пастоподібних миючих засобах. У порошкоподібні СМС неіоногенні ПАР вводяться у вигляді добавок 2-6% мас. Важливі переваги синтетичних ПАР у тому, що вони не утворюють малорозчинних у воді солей кальцію та магнію. А значить, однаково добре стирають як у м'якій, так і жорсткій воді. Концентрація синтетичних миючих речовиннавіть у м'якій воді може бути набагато нижче ніж мила, отриманого з натуральних жирів.

Напевно, із продуктів побутової хіміїнам відомі найбільше синтетичні миючі засоби. У 1970 році вперше у всьому світі синтетичних миючих засобів було вироблено більше, ніж звичайного натурального мила. З кожним роком виробництво його знижується, тоді як випуск СМС безперервно зростає.

Наприклад, у нашій країні динаміку зростання виробництва СМС можна відобразити такими даними: 1965 року їх було вироблено 106 тисяч тонн, 1970-го-470 тисяч тонн, а 1975-го буде вироблено майже один мільйон тонн.

Чому ж так падає виробництво натурального, ядрового мила, яке вірою і правдою служило людині довгі роки? Виявляється, має багато недоліків.

По-перше, мило, будучи сіллю слабкої органічної кислоти (точніше, сіллю, утвореною сумішшю трьох кислот - пальмітинової, маргаринової та стеаринової) і сильної основи - їдкого натру, у воді гідролізує: ся (тобто розщеплюється нею) на кислоту і луг. Кислота входить у реакцію із солями жорсткості й утворює нові, вже нерозчинні у питній воді солі, які випадають як клейкої білої маси одяг, волосся тощо. Це не дуже приємне явище добре відоме всім, хто намагався прати або митися у твердій воді.

Інший продукт гідролізу - луг - руйнує шкіру (знежирює її, призводить до сухості та утворення хворобливих тріщин) та знижує міцність волокон, з яких складаються різні тканини. Поліамідні волокна (капрон, нейлон, перлон). руйнуються милом особливо інтенсивно.

По-друге, мило – відносно дорогий продукт, оскільки для його виробництва необхідна харчова сировина – рослинні або тваринні жири.

Є й інші, менш значні недоліки цього донедавна абсолютно незамінного в побуті речовини.

На відміну від натурального мила синтетичні миючі засоби мають безперечні переваги: ​​більшу миючу здатність, гігієнічність і економічність.

На міжнародному ринку відомо зараз близько 500 найменувань синтетичних миючих засобів, що випускаються у вигляді порошків, гранул, лусочок, паст, рідин.

Виробництво СМС дає великий економічний ефект. Експерименти показали, що одна тонна синтетичних миючих засобів замінює 1,8 тонни 40°/о-ного господарського мила, що виробляється із цінної харчової сировини. Підраховано, що одна тонна СМС заощаджує для харчової промисловості 750 кг рослинних жирів.

Застосування СМС в домашньому господарстві дозволяє скоротити витрати праці при ручному та машинному пранні на 15-20%.

СМС призначені не тільки для прання білизни. Є спеціальні засоби для миття та чищення різних предметівдомашнього вжитку, туалетні синтетичні мила, засоби для миття волосся-шампуні, піномиючі добавки для ванн, в які вводяться біостимулятори, що надають тонізуючу дію на організм.

Головним компонентом усіх названих засобів є синтетична поверхнево-активна речовина (ПАР), роль якої та ж, що і органічної соліу звичайному милі.

Однак хімікам давно вже відомо, що індивідуальна речовина, якою б універсальною вона не була, не може задовольняти всім вимогам, що висуваються до неї. Невеликі добавки інших, супутніх речовин допомагають виявити у цієї основної речовини дуже корисні якості. Ось чому всі сучасні СМС являють собою не індивідуальні ПАР, а композиції, в які можуть входити відбілювачі, віддушки, регулятори піни, біологічно активні речовини та інші компоненти.

Другим за значимістю компонентом сучасних синтетичних миючих засобів є конденсовані або полімерні фосфати (поліфосфати). Ці речовини мають ряд корисних властивостей: вони утворюють з наявними у воді іонами металів водорозчинні комплекси, чим попереджають можливість появи нерозчинних мінеральних солей, що виникають при пранні звичайним милом; збільшують миючу активність ПАР; запобігають зворотному осіданню зважених частинок бруду на відпрану поверхню; дешеві у виробництві.

Всі ці властивості поліфосфатів дозволяють знизити в СМС вміст дорожчого основного компонента ПАВ.

Як правило, до будь-якого синтетичного миючого засобу входить віддушка - речовина з приємним запахом, який передається білизні при використанні СМС.

Майже у всі СМС вводиться речовина, яка називається натрієвою сіллюкарбоксиметилцелюлози. Це високомолекулярний синтетичний продукт, розчинний у воді. Його головне призначення - бути, поруч із фосфатами, антирезорбтивом, тобто. запобігати осіданню бруду на вже відпрані волокна.

Більшість із них має ряд переваг перед милом, яке здавна застосовувалося для цієї мети. Так, наприклад, ПАР добре розчиняються і піняться навіть у жорсткій воді. Калієві і магнієві солі, що утворюються в жорсткій воді, не погіршують миючої дії ПАРів і не утворюють на волоссі білого нальоту.

Основні діючі речовинивсіх пральних порошків, т.зв. ПАР (поверхнево активні речовини), являють собою надзвичайно активні хімічні сполуки. Маючи деяку хімічну спорідненість з певними компонентами мембран клітин людини і тварин, ПАР, при потраплянні в організм, накопичуються на клітинних мембранах, покриваючи їх поверхню тонким шаром і за певної концентрації здатні викликати порушення найважливіших біохімічних процесів, які у них, порушити функцію і цілісність клітини.

В експериментах на тваринах вчені встановили, що ПАР суттєво змінюють інтенсивність окисно-відновних реакцій, впливають на активність низки найважливіших ферментів, порушують білковий, вуглеводний та жировий обмін. Особливо агресивні у діях аніони ПАР. Вони здатні викликати грубі порушення імунітету, розвиток алергії, ураження мозку, печінки, нирок, легенів. Це одна з причин, з яких у країнах Західної Європинакладено суворі обмеження на використання а-ПАВ (аніонних ПАР) у складах пральних порошків. У найкращому випадкуїх зміст не повинен перевищувати 2-7%. На Заході вже понад 10 років тому відмовилися від застосування у побуті порошків, які містять фосфатні добавки. На ринках Німеччини, Італії, Австрії, Голландії та Норвегії продаються лише безфосфатні миючі засоби. У Німеччині застосування фосфатних порошків заборонено федеральним законом. В інших країнах, таких як Франція, Великобританія, Іспанія, відповідно до урядових рішень вміст фосфатів у СМС строго регламентовано (не більше 12%).

Наявність фосфатних добавок у порошках призводить до значного посилення токсичних властивостей а-ПАВ. З одного боку, ці добавки створюють умови для інтенсивнішого проникнення а-ПАВ через неушкоджену шкіру, сприяють посиленому знежиренню шкірних покривів, більше активної руйнаціїклітинних мембран, що різко знижують бар'єрну функцію шкіри. ПАР проникають у мікросудини шкіри, всмоктуються в кров і поширюються організмом. Це призводить до зміни фізико-хімічних властивостей самої крові та порушення імунітету. А-ПАВ має здатність накопичуватися в органах. Наприклад, у мозку осідає 1,9% загальної кількостіа-ПАВ, що потрапили на незахищену шкіру, у печінці – 0,6% тощо. Вони діють подібно до отрут: у легенях викликають гіперемію, емфізему, у печінці пошкоджують функцію клітин, що призводить до збільшення холестерину та посилюють явища атеросклерозу в судинах серця та мозку, порушує передачу нервових імпульсів у центральній та периферичній нервовій системах.

Але цим не вичерпується шкідлива дія фосфатів - вони являють собою велику загрозу для навколишнього середовища. Потрапляючи після прання разом зі стічними водамиу водоймища, фосфати приймаються діяти як добрива. «Урожай» водоростей у водоймах починає рости не щодня, а щогодини. Водорості, розкладаючись, виділяють у величезних кількостяхметан, аміак, сірководень, які знищують все живе у воді. Заростання водойм та засмічення повільно поточних вод призводить до грубим порушеннямекосистем водойм, погіршення кисневого обміну в гідросфері та створюють труднощі у забезпеченні населення питною водою. Ще й з цієї причини у багатьох країнах законодавчо заборонили застосування фосфатних СМС.

Традиційним недоліком ПАР є жорсткість, що виражається у подразненні на шкірі, появі сухості та стану дискомфорту після використання шампуню або гелю для душу.

Шкірні покриви рук, стикаючись з активними хімічними розчинамипральних порошків стають основним провідником проникнення небезпечних хімічних агентів в організм людини. А-ПАВ активно проникають навіть через неушкоджену шкіру рук і за сприяння фосфатів, ензимів та хлору інтенсивно її знезаражують. Відновлення нормальної жирності та вологості шкіри відбувається не раніше, ніж через 3-4 години, а при багаторазовому застосуванні через накопичення шкідливого ефекту недолік жирового покриття шкіри відчувається протягом двох діб. Бар'єрні функції шкірних покривів знижуються, і створюються умови для інтенсивного проникнення в організм не тільки а-ПАВ, а й будь-яких токсичних сполук - бактеріологічних токсинів, важких металівта ін. Після кількох прань фосфатними порошками найчастіше розвиваються запалення шкіри – дерматити. Запускається конвеєр патологічних імунних реакцій.

Поверхнево-активні речовини мають полярну (асиметричну) будову молекул, здатні адсорбуватися на межі двох середовищ та знижувати вільну поверхневу енергію системи. Цілком незначні добавки ПАР можуть змінити властивості поверхні частинок і надати матеріалу нові якості. В основі дії ПАР лежить явище адсорбції, яке призводить одночасно до одного або двох протилежних ефектів: зменшення взаємодії між частинками та стабілізації поверхні поділу між ними внаслідок утворення міжфазного шару. Для більшості ПАР характерна лінійна будова молекул, довжина яких значно перевищує поперечні розміри (рис. 15). Радикали молекул складаються з груп, споріднених за своїми властивостями молекул розчинника, і з функціональних груп з властивостями, різко відмінними від них. Це полярні гідрофільні групи, які мають різко виражені валентні зв'язки і надають певний впливна змочуючу, змащувальну та інші дії, пов'язані з поняттям поверхневої активності . При цьому зменшується запас вільної енергії із виділенням тепла в результаті адсорбції. Гідрофільними групами на кінцях вуглеводневих неполярних ланцюгів можуть бути гідроксил - ОН, карбоксил - СООН, аміно - NН 2 , сульфо - SO та інші сильно взаємодіючі групи. Функціональні групи є гідрофобні вуглеводневі радикали, що характеризуються побічними валентними зв'язками. Гідрофобні взаємодії існують незалежно від міжмолекулярних сил, будучи додатковим фактором, що сприяє зближенню, злипання неполярних груп або молекул. Адсорбційний мономолекулярний шар молекул ПАР вільними кінцями вуглеводневих ланцюгів орієнтується від

поверхні частинок і робить її незмочуваною, гідрофобною.

Ефективність дії тієї чи іншої добавки ПАР залежить від фізико-хімічних властивостей матеріалу. ПАР, що дає ефект в одній хімічній системі, може не зробити жодної дії або явно протилежне - в іншій. При цьому дуже важливою є концентрація ПАР, що визначає ступінь насиченості адсорбційного шару. Іноді дія, аналогічна ПАР, виявляють високомолекулярні сполуки, хоча вони і не змінюють поверхневого натягу води, наприклад, полівініловий спирт, похідні целюлози, крохмаль і навіть біополімери (білкові сполуки). Дія ПАР можуть надавати електроліти та речовини, нерозчинні у воді. Тому визначити поняття «ПАР» дуже важко. У широкому значенні це поняття відноситься до будь-якої речовини, яка у невеликих кількостях помітно змінює поверхневі властивості дисперсної системи.

Класифікація ПАР дуже різноманітна й у окремих випадках суперечлива. Зроблено кілька спроб класифікації за різними ознаками. За Ребіндер всі ПАР за механізмом дії поділяються на чотири групи:

– змочувачі, піногасники та піноутворювачі, тобто активні на межі розділу рідина – газ. Вони можуть знизити поверхневе натяг води з 0,07 до 0,03–0,05 Дж/м 2 ;

– диспергатори, пептизатори;

– стабілізатори, адсорбційні пластифікатори та розріджувачі (знижувачі в'язкості);

- Миючі речовини, що володіють усіма властивостями ПАР.

За кордоном широко використовується класифікація ПАР за функціональним призначенням: розріджувачі, змочувачі, диспергатори, дефлокулянти, піноутворювачі та піногасники, емульгатори, стабілізатори дисперсних систем. Виділяються також сполучні, пластифікуючі та змащувальні речовини.

За хімічною будовою ПАР класифікують залежно від природи гідрофільних груп та гідрофобних радикалів. Радикали поділяють на дві групи – іоногенні та неіоногенні, перші можуть бути аніоно- та катіоноактивні.

Неіоногенні ПАР містять кінцеві групи, що не іонізуються, з високою спорідненістю до дисперсійного середовища (води), до складу яких входять зазвичай атоми кисню, азоту, сірки. Аніоноактивні ПАР – сполуки, в яких довгий вуглеводневий ланцюжок молекул з низькою спорідненістю до дисперсійного середовища входить до складу аніону, що утворюється у водному розчині. Наприклад, СООН – карбоксильна група, SO 3 Н – сульфогрупа, OSO 3 Н – група ефіру, Н 2 SО 4 та ін. До аніоноактивних ПАР відносяться солі карбонових кислот, алкіл сульфати, алкілсульфонати і т. п. Катіоноактивні речовини утворюють у водних розчинах катіони, що містять довгий вуглеводневий радикал. Наприклад, 1-, 2-, 3- і 4- заміщений амоній та ін. Прикладами таких речовин можуть бути солі амінів, амонієві основи тощо. Іноді виділяють третю групу ПАР, куди входять амфотерні електроліти та амфолітні речовини, які в залежності від природи дисперсної фази можуть виявляти як кислі, і основні властивості. Амфоліти нерозчинні у воді, але активні в неводних середовищах, наприклад, олеїнова кислота у вуглеводнях.

Японські дослідники пропонують класифікацію ПАР за фізико-хімічними властивостями: молекулярна вага, молекулярна структура, хімічна активність і т. п. Гелеподібні оболонки, що виникають за рахунок ПАР, на твердих частках в результаті різної орієнтації полярних і неполярних груп можуть викликати різноманітні ефекти: розрідження; стабілізацію; диспергування; піногасіння; зв'язувальні, пластифікуючі та змащувальні дії.

Позитивну дію ПАР має лише за певної концентрації. З питання оптимальної кількості введених ПАР є дуже різноманітні думки. П. А. Ребіндер зазначає, що для частинок

1-10 мкм необхідна кількістьПАР має становити 0,1–0,5%. В інших джерелах наводяться значення 0,05–1% і більше різної дисперсності. Для феритів було знайдено, що для утворення мономолекулярного шару при сухому млива ПАР необхідно брати з розрахунку 0,25 мг на 1 м 2 питомої поверхні початкового продукту; для мокрого млива – 0,15–0,20 мг/м 2 . Практика показує, що концентрація ПАР у кожному конкретному випадку має підбиратися експериментально.

У технології керамічних РЕМ можна виділити чотири напрямки застосування ПАР, які дозволяють інтенсифікувати фізико-хімічні зміни та перетворення в матеріалах та керувати ними у процесі синтезу:

– інтенсифікація процесів тонкого подрібнення порошків для підвищення дисперсності матеріалу та скорочення часу помелу при досягненні заданої дисперсності;

– регулювання властивостей фізико-хімічних дисперсних систем (суспензій, шлікерів, паст) у технологічних процесах. Тут важливі процеси розрідження (або зниження в'язкості зі збільшенням плинності без зниження вмісту вологи), стабілізації реологічних характеристик, піногашення в дисперсних системах і т. п.;

- управління процесами факелоутворення при розпиленні суспензій при отриманні заданих розмірів, форми та дисперсності факела розпилу;

- Підвищення пластичності формувальних мас, особливо одержуваних при дії підвищених температур, і щільності виготовлених заготовок в результаті введення комплексу сполучних, пластифікуючих та змащувальних речовин.