Регион:

Поверхностно-активные вещества (ПАВ)

Поверхностно-активные вещества (ПАВ)

Как и обычные мыла, поверхностно-активные вещества состоят из двух частей – гидрофобной, которую могут представлять как насыщенные и ненасыщенные (алканы, алкены), так и циклические (алкилбензолы) углеводороды, а также одновалентные (жирные и восковидные) и многовалентные (полигликоли) спирты и карбоксильные кислоты, и гидрофильной (карбоксилаты, сульфаты, сульфонаты, фосфорные эфиры). Связь между этими двумя компонентами может быть через тип группы, которая не образует соли; такой группой может быть:

  • О – эфирная группа;
  • ОН – гидроксильная группа;
  • СОО – группа карбоксильного эфира;
  • СОNH – карбонамидная группа;
  • SONH – сульфонамидная группа.

 В зависимости от того, какой компонент обладает поверхностной активностью, различают:

  • анионоактивные вещества;
  • катионоактивные вещества;
  • амфотерные вещества;
  • неионогенные вещества.

Основные типы поверхностно-активных веществ показаны в таблицах 6.5 и 6.6.

В зависимости от соотношения гидрофильной и гидрофобной частей (гидрофильно-липофильного баланса, ГЛБ) получаемые вещества обладают различными свойствами и поэтому применяются в различных технологиях. В таблице 6.7 приведены величины ГЛБ и области, где применяются указанные соединения. Вещества с ГЛБ порядка 6-8 – это вещества, которые позволяют эмульгировать масла в воде, то есть используются в СОЖ. Чем меньше ГЛБ, тем менее стабильны образующиеся эмульсии. Однако слишком высокая стабильность эмульсий не является положительным фактором, поскольку после использования их, как правило, необходимо утилизировать.

Вещества с ГЛБ порядка 2-4 – это антивспенивающие добавки, вещества с ГЛБ 12-16 – это современные моющие средства, вещества с более высокими ГЛБ – солюбизаторы, то есть вещества, способствующие взаимному растворению несмешивающихся в обычных условиях веществ. Рассчитать величину ГЛБ конкретного вещества можно на основе знания его химического состава. В таблице 6.8 приведены основные формулы расчета ГЛБ. Эти формулы в том или ином виде оперируют долей гидрофобной и гидрофильной частей вещества.

Современные технологии позволяют на основании вышеприведенных формул сконструировать моющие составы с требуемой величиной ГЛБ, то есть с требуемыми свойствами.
После того, как поверхностно-активные вещества отделили загрязнения от поверхности и эмульгировали (диспергировали) их, необходимо создать условия, чтобы вещества, удаленные с поверхности, не осели вновь на поверхность уже в другом месте. Эту задачу выполняет другой класс соединений, входящих в состав обезжиривателей – секвестранты. Секвестрантами работают два типа соединений – полифосфаты и силикаты. О другой задаче, которая ложится на плечи этих веществ – поддержания необходимого уровня щелочности – мы уже говорили выше.

Таблица 6.5. Основные типы поверхностно-активных веществ

Типы поверхностно-активных веществ

Фосфаты в щелочных обезжиривателях, как правило, представлены конденсированными соединениями (полифосфатами), а также орто- и пирофосфатами.

Триполифосфат Na3P3O10 – наиболее употребляемый конденсированный фосфат. Он обладает хорошими суспендирующими свойствами, высокой антивысаживающей способностью для большинства многовалентных катионов. С течением времени и при повышенной температуре он реагирует с водой, образуя менее конденсированные фосфаты и далее ортофосфат. В водном растворе он обеспечивает умеренно щелочную среду (рН 9,4). Буферная емкость меньше, чем у пиро- и ортофосфата.

 Таблица 6.6. Неионогенные поверхностно-активные вещества.

Неионогенные поверхностно-активные вещества

Тетранатрийпирофосфат Na4P2O7 – мощный детергент, но не очень устойчивый в композициях, постепенно переходит в ортофосфат.

Однозамещенный ортофосфат NaH2PO4 имеет наибольшую щелочность, что делает его пригодным для низкощелочного обезжиривания.

Силикаты в обезжиривателях представлены двумя соединениями – орто- и метасиликатом.

Орто- и метасиликаты (SiO2*Na2O) и (SiO2*2Na2O)  в умеренно щелочной среде гидролизуются, в результате чего образуются кремневая кислота и свободная щелочь. Метасиликат натрия – входит в состав обезжиривателей 20-60% по массе. Он обеспечивает также некоторое уменьшение поверхностного натяжения.

Таблица 6.7. Величины гидрофильно-липофильного баланса неионных эмульгаторов и общие свойства таких эмульгаторов.

Гидрофильно-липофильного баланс эмульгаторов

Таблица 6.8. Варианты расчета ГЛБ поверхностно-активных веществ.

Расчет ГЛБ поверхностно-активных веществ

Ортосиликат натрия – более сильный щелочной агент, поэтому он используется в сильнощелочных обезжиривателях.

Кремневая кислота в коллоидном состоянии обладает высокими диспергирующими свойствами, то есть эффективно измельчает оторванные от поверхности частицы. Кроме того, частицы кремневой кислоты эффективно окружают частицы жиров и мешают им вновь слипаться или осаждаться на поверхности. Диспергирующая способность силикатов эффективна в более широком интервале концентраций щелочей, чем у других солей. К тому же силикат натрия имеет высокий щелочной резерв. Однако гидролиз протекает только до конкретной точки, уникальной для конкретного вещества, пока данный уровень щелочности сохраняется. Поэтому силикаты важны для обезжиривания кислых загрязнений. Кроме того, силикаты совместимы с природой.

Комбинация силикатов и фосфатов дает синергический эффект, что приводит к более энергичной детергентности, чем соответствующее количество каждого из веществ.

Большим недостатком фосфатов является сильная эфтрофикация сточных вод, что вызывает энергичное развитие водорослей (зеленая вода), что приводит к уменьшению концентрации растворенного кислорода и гибели рыбы. Поэтому стремятся уменьшить содержание фосфатов в щелочных обезжиривателях.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments