Antes de la invención del jabón, la grasa y la suciedad se eliminaban de la piel mediante cenizas y arena fina de río. Los egipcios se lavaban la cara con una pasta a base de cera de abejas mezclada con agua. En la antigua Roma se utilizaba tiza finamente molida, piedra pómez y ceniza para lavar. Aparentemente, a los romanos no les molestaba el hecho de que durante tales abluciones, junto con la suciedad, fuera posible "raspar" parte de la piel. El mérito de la invención del jabón pertenece probablemente a las tribus galas. Según Plinio el Viejo, los galos elaboraban un ungüento con sebo y ceniza de haya, que se utilizaba para teñir el cabello y tratar enfermedades de la piel. y en II siglo, comenzó a usarse como detergente.
La religión cristiana consideraba que lavar el cuerpo era una actividad “pecaminosa”. Muchos "santos" eran conocidos sólo por no lavarse durante toda su vida. Pero la gente ha notado desde hace mucho tiempo los daños y los riesgos para la salud de la contaminación de la piel. Ya en el siglo XVIII se estableció la producción de jabón en Rusia y antes en varios países europeos.
La tecnología para fabricar jabón a partir de grasas animales ha evolucionado a lo largo de muchos siglos. Primero, se prepara una mezcla de grasas, que se derrite y se saponifica, se hierve con álcali. Para hidrolizar la grasa en un ambiente alcalino, se toma un poco de manteca de cerdo extraída, unos 10 ml de alcohol etílico y 10 ml de solución alcalina. Aquí también se añade sal de mesa y se calienta la mezcla resultante. Esto produce jabón y glicerina. Se agrega sal para precipitar la glicerina y las impurezas. En la masa de jabón se forman dos capas: el núcleo (jabón puro) y la lejía jabonosa. .
El jabón también se produce industrialmente.
La saponificación de las grasas también puede ocurrir en presencia de ácido sulfúrico (saponificación ácida). Esto produce glicerol y ácidos carboxílicos superiores. Estos últimos se convierten en jabones por acción de álcalis o refrescos. Las materias primas para la producción de jabón son los aceites vegetales (girasol, algodón, etc.), grasas animales, así como hidróxido de sodio o carbonato de sodio.
Los aceites vegetales primero se hidrogenan, es decir, se convierten en grasas sólidas. También se utilizan sustitutos de grasas: ácidos grasos carboxílicos sintéticos con un gran peso molecular. La producción de jabón requiere grandes cantidades de materias primas, por lo que la tarea consiste en obtener jabón a partir de productos no alimentarios. Los ácidos carboxílicos necesarios para la producción de jabón se obtienen por oxidación de parafina. Neutralizando ácidos que contienen de 9 a 15 átomos de carbono por molécula se obtiene jabón de tocador, y de ácidos que contienen de 16 a 20 átomos de carbono se obtienen jabón para lavar y jabón para uso técnico.
Composición de jabón
Los jabones convencionales se componen principalmente de una mezcla de sales de ácidos palmítico, esteárico y oleico. Las sales de sodio forman jabones sólidos, las sales de potasio forman jabones líquidos.
Jabón: sales de sodio o potasio de ácidos carboxílicos superiores.
obtenido como resultado de la hidrólisis de grasas en un ambiente alcalino.
La estructura del jabón se puede describir mediante la fórmula general:
R-COOM
donde R es un radical hidrocarbonado, M es un metal.
Beneficios del jabón:
a) simplicidad y facilidad de uso;
B) elimina bien el sebo
B) tiene propiedades antisépticas
Desventajas del jabón y su eliminación: |
defectos |
soluciones |
1. Pobre capacidad de limpieza en agua dura que contiene sales solubles de calcio y magnesio. Dado que en este caso precipitan sales insolubles en agua de ácidos carboxílicos superiores de calcio y magnesio. Aquellos. esto requiere un gran consumo de jabón. |
1. Al jabón se le añaden sustancias complejantes que ayudan a ablandar el agua (sales sódicas del ácido etilendiaminotetraacético - EDTA, EDTA, DTPA). 2. En soluciones acuosas, el jabón está parcialmente hidrolizado, es decir. interactúa con el agua. Esto produce una cierta cantidad de álcali, que ayuda a descomponer el sebo y eliminarlo. Pero al mismo tiempo tiene un efecto nocivo sobre la piel de las manos y del cuerpo. Esto se debe a que la capa superior más fina de la piel tiene una reacción ligeramente ácida (pH = 5,5) y, por lo tanto, evita que las bacterias patógenas penetren en las capas más profundas de la piel. El lavado con jabón provoca una alteración del pH (la reacción se vuelve ligeramente alcalina), los poros de la piel se abren, lo que conduce a una disminución de la reacción protectora natural. Si usa jabón con demasiada frecuencia, su piel se seca y, a veces, se inflama. |
2. Para reducir este impacto negativo, las variedades modernas de jabón añaden: - ácidos débiles (ácido cítrico, ácido bórico, ácido benzoico, etc.), que normalizan el pH - cremas, glicerina, vaselina, aceite de palma, aceite de coco, dietanolamidas de coco y aceites de palma, etc. para suavizar la piel y evitar que las bacterias entren en los poros de la piel. |
Estructura del jabón- estearato de sodio.
La molécula de estearato de sodio tiene un largo radical hidrocarbonado no polar (indicado por una línea ondulada) y una pequeña parte polar:
Las moléculas de tensioactivo en la superficie límite están dispuestas de tal manera que los grupos hidrófilos de los aniones carboxilo se dirigen al agua y los grupos hidrofóbicos de hidrocarburo son expulsados de ella. Como resultado, la superficie del agua queda cubierta por una empalizada de moléculas de tensioactivo. Una superficie de agua de este tipo tiene una tensión superficial más baja, lo que facilita una humectación rápida y completa de las superficies contaminadas. Al reducir la tensión superficial del agua, aumentamos su capacidad humectante.
Los tensioactivos (surfactantes) se utilizan ampliamente en cosmética. Gracias a ellos, los champús y geles de ducha limpian la piel de la suciedad y las emulsiones cosméticas permanecen estables y no se descomponen en una fase acuosa aceitosa. Todo estaría bien, pero además de las cualidades técnicas útiles, los tensioactivos también tienen un inconveniente: pueden secar e irritar la piel.
1. Los tensioactivos son emulsionantes y componentes de limpieza.
Los emulsionantes son componentes que no se pueden evitar si un fabricante quiere crear una emulsión compuesta de aceite y agua. Sin emulsionantes, se dividirá en dos fases, lo que no sólo no resulta estéticamente agradable, sino que también crea un entorno favorable para los microbios que pueden asentarse en el límite de las capas de agua y aceite. Además, cambia la naturaleza de la distribución de los componentes activos, que pueden incluso perder su actividad.
Los emulsionantes más potentes son los tensioactivos (tensioactivos). Su tarea principal es descomponer la suciedad (grasas) durante el lavado de ropa, el lavado del cabello y la piel. Son los tensioactivos los que forman espuma en los productos de limpieza.
2. Los tensioactivos limpian la piel y el cabello.
Los tensioactivos de jabones, champús y geles de ducha se absorben en la superficie de los contaminantes (grasa, suciedad), se incrustan en ellos y se trituran en pequeñas gotas, lo que facilita la eliminación de estas partículas. El problema es que los tensioactivos no ven la diferencia entre las “grasas innecesarias” y la grasa lubricante natural de la piel. Por tanto, cualquier tensioactivo que “limpie bien” la piel puede resecarla e irritarla.
3. Los tensioactivos pueden irritar la piel.
Cuando los tensioactivos entran en contacto con la piel, las células del estrato córneo de la epidermis se hinchan y aumenta su permeabilidad a los componentes activos. Por un lado, cuanto más se hincha el estrato córneo, mejor y más rápido se limpia. Pero, por otro lado, en concentraciones elevadas, los tensioactivos pueden dañar los lípidos del estrato córneo. Además, la piel se vuelve permeable no solo a los componentes beneficiosos, sino también a los irritantes, si de repente resultan ser parte del producto.
4. Los tensioactivos se pueden obtener de tres fuentes.
- materias primas vegetales (origen natural)
- de petróleo y gas (origen mineral)
- sintetizar en el laboratorio (origen sintético)
5. Existen diferentes tensioactivos
Tensioactivos aniónicos– uno de los componentes de limpieza más comunes. Limpia bien incluso en agua dura. Los lauril y laureth sulfatos de sodio (SLS, SLES) entran en esta categoría. Actualmente, la industria cosmética utiliza tensioactivos aniónicos de nueva generación que no tienen el mismo efecto secante que el SLS. Por ejemplo, lauroil sarcosinato de sodio, lauroil aminoácidos de avena y lauroilo de sodio.
Tensioactivos catiónicos– tienen un efecto limpiador débil, pero pueden irritar la piel más que los tensioactivos aniónicos. Por lo tanto, se utilizan con mayor frecuencia como aditivo suavizante y para eliminar la electricidad estática en productos de enjuague para el cabello (cloruro de cetrimonio, Quaternium-15).
Tensioactivos anfóteros– tiene un suave efecto limpiador, reduce los efectos agresivos de los tensioactivos aniónicos y mejora la formación de espuma. Del grupo de tensioactivos anfóteros, los más utilizados son los derivados de la betaína (cocoaminopropil betaína). Los tensioactivos anfóteros se obtienen a partir de ácidos grasos de aceites de coco, palmiste, girasol, soja y colza, así como hidrolizados de colágeno, queratina, elastina y otras proteínas.
Tensioactivos no iónicos– tienen un ligero efecto irritante sobre la piel, hacen poca espuma, por lo que a menudo se combinan con tensioactivos aniónicos. Se utilizan en champús y acondicionadores para dejar el cabello sedoso y suave. Los tensioactivos no iónicos tienen la biodegradabilidad más completa (laurato de glicerilo, decil glucósido)
Lista de algunos tensioactivos suaves que se utilizan en cosmética natural
Coco-Glucósido - Glucósido de coco
Sustancia espumosa suave obtenida de la pulpa de coco seca y del azúcar de la fruta. Utilizado como agente espumante, acondicionador y emulsionante. En productos para el cabello: suaviza la estructura del cabello y aporta volumen. No se han encontrado efectos secundarios del glucósido de coco; puede utilizarse para cualquier tipo de piel y en cosmética infantil.
Lauril glucósido - Lauril glucósido
Se sintetiza a partir de materias primas naturales durante la rectificación de grasas vegetales (aceite de coco y glucosa). En cosmética actúa como emulsionante, dispersante, agente espumante natural y aumenta la viscosidad de la consistencia. Tiene un suave efecto limpiador y se utiliza en productos infantiles y productos de higiene íntima. En geles y cremas limpia y suaviza la piel; en champús aporta un ligero efecto acondicionador y facilita el peinado posterior.
Cocoanfoacetato de sodio - Cocoanfoacetato de sodio
Un tensioactivo derivado de los ácidos grasos del aceite de coco (ácido de coco). En cosmetología se utiliza como agente espumante y tiene propiedades limpiadoras suaves. Crea una consistencia agradable del producto. Normalmente se utiliza como componente de limpiadores líquidos, geles y champús. En productos para el cabello: aumenta la elasticidad, mejora la estructura del cabello dañado y aporta brillo.
Cocoil glutamato de sodio - Cocoil glutamato de sodio
Un tensioactivo que es un compuesto de ácido glutámico.
En cosmetología se utiliza como agente espumante, detergente suave y emulsionante. Se utiliza a menudo en lavados y champús para el cabello, crea una sensación de suavidad, hidrata la piel y tiene un efecto acondicionador.
Lauroil sarcosinato de sodio - Lauril sarcosinato de sodio
Derivado de la sarcosina, un aminoácido natural que se encuentra en verduras y frutas.
En cosmética se utiliza a menudo como agente espumante suave, tensioactivo y acondicionador. Un limpiador suave que es seguro para la piel y que, al mismo tiempo, elimina eficazmente la suciedad, las bacterias y el sebo. No irrita ni siquiera la piel sensible. Utilizado para el cuidado del cabello, le devuelve vitalidad y brillo, limpiando cuidadosamente y mejorando su estructura.
Carboxilato de lauril glucosa de sodio - Lauril glucósido carboxilasa
Una alternativa natural a los tensioactivos agresivos. Agente espumante natural muy suave que crea una consistencia homogénea del producto, obtenido al hacer reaccionar aceite de coco y palma con azúcar y almidón. En cosmética se suele utilizar en productos para el lavado y limpieza de la piel y en champús para el cabello. No se detectaron reacciones negativas o alérgicas al usar esta sustancia.
Cocoato de sacarosa - Cocoato de sacarosa
Sustancia natural obtenida de los ácidos grasos del aceite de coco y del éster de sacarosa. El líquido terminado tiene una consistencia viscosa y un color amarillo claro, y tiene pronunciadas propiedades hidratantes y suavizantes. El cocoato de sacarosa absorbe agua y, cuando se aplica sobre la piel, mantiene un nivel óptimo de humedad en la misma.
A menudo se utiliza en limpiadores (geles, espumas, leches desmaquillantes) y humectantes.
Fuentes:
“Fundamentos de la química cosmética”, T. Puchkova
“Nueva cosmetología”, A. Margolina, E. Hernández
Los tensioactivos tienen una estructura molecular polar (asimétrica), pueden adsorberse en la interfaz de dos medios y reducir la energía superficial libre del sistema. Adiciones bastante insignificantes de tensioactivos pueden cambiar las propiedades de la superficie de las partículas y dar al material nuevas cualidades. La acción de los tensioactivos se basa en el fenómeno de la adsorción, que conduce simultáneamente a uno o dos efectos opuestos: una disminución de la interacción entre partículas y la estabilización de la interfaz entre ellas debido a la formación de una capa de interfase. La mayoría de los tensioactivos se caracterizan por una estructura lineal de moléculas, cuya longitud excede significativamente las dimensiones transversales (Fig. 15). Los radicales moleculares constan de grupos que están relacionados en sus propiedades con las moléculas de disolvente y de grupos funcionales con propiedades que son marcadamente diferentes de ellas. Estos son grupos hidrofílicos polares, tener enlaces de valencia pronunciados y tener un cierto efecto sobre la humectación, lubricación y otras acciones asociadas con el concepto de actividad superficial . Al mismo tiempo, el suministro de energía libre disminuye con la liberación de calor como resultado de la adsorción. Los grupos hidrófilos en los extremos de las cadenas no polares de hidrocarburos pueden ser hidroxilo - OH, carboxilo - COOH, amino - NH 2, sulfo - SO y otros grupos que interactúan fuertemente. Los grupos funcionales son radicales hidrofóbicos hidrofóbicos caracterizados por enlaces de valencia laterales. Las interacciones hidrofóbicas existen independientemente de las fuerzas intermoleculares, siendo un factor adicional que promueve el acercamiento y la “unión” de grupos o moléculas no polares. La capa monomolecular de adsorción de moléculas de surfactante está orientada con los extremos libres de las cadenas de hidrocarburos alejados de
superficie de las partículas y la hace no humectable, hidrófoba.
La eficacia de un aditivo tensioactivo particular depende de las propiedades fisicoquímicas del material. Un surfactante que produce un efecto en un sistema químico puede no tener ningún efecto o tener un efecto claramente opuesto en otro. En este caso, la concentración de tensioactivo es muy importante, determinando el grado de saturación de la capa de adsorción. En ocasiones, los compuestos de alto peso molecular presentan un efecto similar al de los tensioactivos, aunque no cambian la tensión superficial del agua, por ejemplo el alcohol polivinílico, los derivados de celulosa, el almidón e incluso los biopolímeros (compuestos proteicos). El efecto de los tensioactivos puede ser ejercido por electrolitos y sustancias insolubles en agua. Por tanto, es muy difícil definir el concepto de “tensioactivo”. En un sentido amplio, este concepto se refiere a cualquier sustancia que, en pequeñas cantidades, cambia notablemente las propiedades superficiales de un sistema disperso.
La clasificación de los tensioactivos es muy diversa y en algunos casos contradictoria. Se han hecho varios intentos de clasificar según diferentes criterios. Según Rebinder, todos los tensioactivos según su mecanismo de acción se dividen en cuatro grupos:
– agentes humectantes, antiespumantes y formadores de espuma, es decir, activos en la interfaz líquido-gas. Pueden reducir la tensión superficial del agua de 0,07 a 0,03-0,05 J/m2;
– dispersantes, peptizadores;
– estabilizadores, plastificantes de adsorción y diluyentes (reductores de viscosidad);
– detergentes con todas las propiedades de los tensioactivos.
La clasificación de los tensioactivos según su finalidad funcional se utiliza ampliamente en el extranjero: diluyentes, humectantes, dispersantes, defloculantes, espumantes y antiespumantes, emulsionantes, estabilizadores de sistemas dispersos. También se distinguen aglutinantes, plastificantes y lubricantes.
Según su estructura química, los tensioactivos se clasifican según la naturaleza de los grupos hidrófilos y los radicales hidrófobos. Los radicales se dividen en dos grupos: iónicos y no iónicos, los primeros pueden ser aniónicos y catiónicos.
Tensioactivos no iónicos Contienen grupos finales no ionizantes con alta afinidad por el medio de dispersión (agua), que suelen incluir átomos de oxígeno, nitrógeno y azufre. Los tensioactivos aniónicos son compuestos en los que una larga cadena hidrocarbonada de moléculas con baja afinidad por el medio de dispersión forma parte del anión formado en una solución acuosa. Por ejemplo, COOH es un grupo carboxilo, SO 3 H es un grupo sulfo, OSO 3 H es un grupo éter, H 2 SO 4, etc. Los tensioactivos aniónicos incluyen sales de ácidos carboxílicos, alquilsulfatos, alquilsulfonatos, etc. Sustancias catiónicas Forman cationes que contienen un radical hidrocarbonado largo en soluciones acuosas. Por ejemplo, amonio 1, 2, 3 y 4 sustituido, etc. Ejemplos de tales sustancias pueden ser sales de amina, bases de amonio, etc. A veces se aísla un tercer grupo de tensioactivos, que incluye electrolitos anfóteros y sustancias anfolíticas. que, dependiendo de su naturaleza, la fase dispersa puede presentar propiedades tanto ácidas como básicas. Los anfolitos son insolubles en agua, pero son activos en medios no acuosos, como el ácido oleico en los hidrocarburos.
Los investigadores japoneses proponen una clasificación de los tensioactivos según sus propiedades fisicoquímicas: peso molecular, estructura molecular, actividad química, etc. Las capas gelatinosas de las partículas sólidas que se forman en los tensioactivos como resultado de las diferentes orientaciones de los grupos polares y no polares pueden provocar diversas efectos: licuefacción; estabilización; dispersar; antiespumante; acciones aglutinantes, plastificantes y lubricantes.
El tensioactivo tiene un efecto positivo sólo a una determinada concentración. Existen opiniones muy diferentes sobre la cuestión de la cantidad óptima de tensioactivos administrados. P. A. Rebinder señala que para las partículas
De 1 a 10 µm, la cantidad necesaria de tensioactivo debe ser del 0,1 al 0,5 %. Otras fuentes dan valores de 0,05 a 1% o más para diferentes dispersiones. Para las ferritas, se encontró que para formar una capa monomolecular durante la molienda en seco, se deben tomar tensioactivos a razón de 0,25 mg por 1 m 2 de la superficie específica del producto inicial; para molienda húmeda: 0,15–0,20 mg/m2. La práctica demuestra que la concentración de tensioactivo en cada caso específico debe seleccionarse experimentalmente.
En la tecnología de los SEM cerámicos se pueden distinguir cuatro áreas de aplicación de los tensioactivos, que permiten intensificar los cambios y transformaciones fisicoquímicas en los materiales y controlarlos durante el proceso de síntesis:
– intensificación de los procesos de molienda fina de polvos para aumentar la dispersión del material y reducir el tiempo de molienda para lograr una dispersión determinada;
– regulación de las propiedades de los sistemas dispersos físicos y químicos (suspensiones, barbotinas, pastas) en procesos tecnológicos. Lo importante aquí son los procesos de licuefacción (o disminución de la viscosidad con aumento de la fluidez sin disminución del contenido de humedad), estabilización de las características reológicas, desespumante en sistemas dispersos, etc.;
– control de los procesos de formación del soplete al pulverizar suspensiones al obtener el tamaño, la forma y la dispersión especificados del soplete;
– aumentar la plasticidad de las masas de moldeo, especialmente las que se obtienen cuando se exponen a temperaturas elevadas, y la densidad de las piezas en bruto fabricadas como resultado de la introducción de un complejo de aglutinantes, plastificantes y lubricantes.
La capacidad de los tensioactivos, cuando se adsorben en una interfaz de fase, para cambiar radicalmente sus propiedades y, por lo tanto, influir en muchas propiedades importantes de los sistemas dispersos se utiliza ampliamente en una variedad de campos de la tecnología y en numerosos procesos tecnológicos. En este caso, la influencia de los tensioactivos puede ser significativamente diferente dependiendo de la naturaleza química y la estructura de las fases adyacentes y las moléculas de tensioactivo, y de las condiciones de su uso. Siguiendo a Rebinder (10J), se pueden distinguir cuatro grupos de tensioactivos según el mecanismo fisicoquímico de su acción sobre la interfaz de fase y el sistema disperso en su conjunto. Demos una breve descripción preliminar de estos grupos principales.
I. Sustancias que son tensioactivos únicamente (o predominantemente) en la interfaz agua-aire. Estos incluyen homólogos medios y superiores de alcoholes y ácidos alifáticos, así como sustancias naturales más complejas. Los tensioactivos que pertenecen a este grupo son agentes humectantes moderadamente activos: reducen la tensión superficial del agua en la interfaz con el aire (ver III.2); también se pueden utilizar como agentes espumantes, especialmente para la formación de espumas poco estables (en flotación). Algunos tensioactivos fuertes de este grupo (alcoholes octílicos, isoamílicos, etc.) se utilizan también como antiespumantes (véase el Capítulo VIII.2).
II. Sustancias de diversa naturaleza, tensioactivos en diversas interfaces entre fases condensadas (sólido - líquido, líquido - líquido). Tensioactivos de este grupo en condiciones de fuerte disminución. A en el límite de interfase contribuyen al desarrollo de nuevas interfaces de fase en los procesos de destrucción, dispersión y procesamiento de sólidos (ver Capítulo VI, IX) y emulsificación de líquidos. Estos tensioactivos se pueden agrupar según su acción bajo el nombre general de dispersantes. Las sustancias que pertenecen a este grupo de tensioactivos también permiten controlar la humectación selectiva (ver Capítulo III.2).
Ambos grupos se caracterizan por la ausencia de la capacidad de las moléculas de surfactante para formar estructuras espaciales similares a geles tanto en la mayor parte de las fases como en su interfaz.
III. Tensioactivos que tienen la capacidad de formar estructuras tipo gel, es decir, hasta cierto punto sólidas (ver Capítulo VII.5) en capas y volúmenes de adsorción.
en fases Además, en algunos casos, los tensioactivos aquí relacionados pueden no tener una actividad superficial elevada. La mayoría de los tensioactivos pertenecientes a este grupo son sustancias de alto peso molecular, naturales o sintéticas, de estructura predominantemente compleja, con gran número de grupos polares (proteínas, glucósidos, derivados de celulosa, alcohol polivinílico, etc.). Estas sustancias se utilizan como estabilizadores muy eficaces de sistemas dispersos moderadamente concentrados de diversa naturaleza: espumas, emulsiones, suspensiones. Los tensioactivos de este grupo pueden actuar como plastificantes para dispersiones (pastas) altamente concentradas. El mecanismo de acción de estas sustancias se analiza en el capítulo. VII-IX.
IV. Tensioactivos que tienen efecto limpiador. Combinan las funciones de los tres grupos anteriores de tensioactivos y, además, son capaces de formar espontáneamente en el volumen de la fase líquida partículas coloidales termodinámicamente estables (formación de micelas en soluciones de tensioactivos, ver Capítulo VI) y la inclusión de contaminantes lavables. en el núcleo de las micelas (solubilización, ver allí). Esto incluye varios tensioactivos aniónicos, catiónicos y no iónicos de los que se mencionan más adelante en este párrafo.
Según su estructura química, los tensioactivos se pueden dividir en dos grandes clases. Se trata, por un lado, de tensioactivos orgánicos con moléculas anfifílicas, que son tensioactivos universales en la mayoría de los límites de interfase (por supuesto, por debajo de su temperatura de descomposición), pero que normalmente sólo proporcionan una disminución relativamente pequeña de A(entre 30 y 40 mJ/m2). Por otro lado, se trata de una amplia variedad de sustancias, principalmente inorgánicas, que presentan una actividad superficial selectiva, pero a menudo muy alta, en relación con una interfaz específica determinada, capaces de provocar una disminución muy pronunciada en a (metales de bajo punto de fusión en relación a ciertos metales más refractarios, agua en relación a una serie de sales, etc.).
Un lugar especial lo ocupan los organosilicios y otros tensioactivos organoelementos, que tienen una mayor resistencia al calor y otras propiedades que les permiten ser utilizados en condiciones extremas (altas temperaturas y presiones, ambientes agresivos). Un lugar importante en la gama moderna de tensioactivos están empezando a ocupar compuestos con radicales fluorados (incluidos los perfluorados), capaces de una disminución más fuerte de o que los tensioactivos convencionales con radicales hidrofóbicos de hidrocarburos.
Por supuesto, la clasificación de los tensioactivos se puede abordar desde diferentes puntos de vista, y la división dada según su mecanismo de acción en cuatro grupos no es exhaustiva (pueden superponerse entre sí y aparecer juntos). Tenga en cuenta que esta división está formulada en principio para tensioactivos orgánicos convencionales; al mismo tiempo, puede extenderse hasta cierto punto a otras sustancias, especialmente a los representantes del grupo II: dispersantes (ver Capítulo IX.4).
Una descripción de las propiedades y aplicaciones de los tensioactivos en diversos campos de la industria, agricultura, medicina, etc., datos sobre materias primas, síntesis y producción de tensioactivos se pueden encontrar en la literatura monográfica y de referencia disponible *.
Las principales clases de tensioactivos orgánicos sintéticos son las siguientes: alquinobencenosulfonatos, alquilsulfatos, olefinas sulfonatos, tensioactivos etoxilados, copolímeros en bloque, bases de amonio cuaternario.
Las principales características que determinan la escala de producción de ciertos tensioactivos, además de sus propiedades fisicoquímicas, son su costo, la disponibilidad de fuentes de materias primas y el respeto al medio ambiente, caracterizado principalmente por biodegradabilidad - tiempo para reducir la concentración de surfactante un cierto número de veces. El problema de sintetizar PAB altamente biodegradables se ha vuelto particularmente relevante. Esto, en particular, se debe al hecho de que, al concentrarse en las capas de adsorción en la superficie de los depósitos, los tensioactivos cambian las condiciones de vida de varios organismos, por ejemplo, debido a cambios en los procesos de intercambio de oxígeno. Un peligro ambiental importante es la formación de espuma estable durante la adsorción de tensioactivos en la superficie del agua, en filtros de purificación, etc. Se ha observado que los tensioactivos con una cadena lineal de hidrocarburos tienen la mayor tasa de biodegradación, mientras que los tensioactivos con aromáticos y Los radicales alifáticos ramificados, especialmente con átomos de carbono cuaternarios, son poco susceptibles a los microorganismos. Por lo tanto, el uso de materias primas de parafina para la síntesis de tensioactivos de cadena lineal es un aspecto medioambiental importante de la producción y el uso de tensioactivos.
Según su naturaleza química, los tensioactivos orgánicos con estructura anfifílica se dividen en aniónicos, catiónicos, anfolíticos y no iónicos. La posición dominante entre los tensioactivos producidos en el mundo la ocupan los tensioactivos aniónicos más baratos y bastante universales, que representan al menos el 60% de la producción mundial; hasta un 30% son tensioactivos no iónicos, ~10% son catiónicos y sólo una fracción de un porcentaje son tensioactivos anfolíticos sintéticos.
Los tensioactivos aniónicos son compuestos orgánicos que, cuando se disocian en agua, forman un anión con un radical hidrocarbonado largo, un portador de actividad superficial; Además, el catión no es tensoactivo en la interfaz agua-aire. Los tensioactivos aniónicos incluyen los siguientes compuestos.
Sales de ácidos carboxílicos (jabones) de fórmula general RCOO - Me +, donde R es el radical orgánico Cg - C20; Me + - Na + (en jabones sólidos), K + (en jabones líquidos) o NH 4. Estos tensioactivos se distinguen por una tecnología bastante simple de producción (por lo tanto, un costo relativamente bajo) y, lo que es más importante, una biodegradabilidad completa. Los jabones de ácido carboxílico tienen un buen efecto limpiador solo en un ambiente alcalino, en un ambiente ácido (debido a la formación de ácidos grasos poco solubles) y en agua dura (debido a la formación de sales insolubles de calcio y magnesio), la capacidad de limpieza de estos tensioactivos es bajo.
Durante mucho tiempo, las principales materias primas para su producción fueron las grasas naturales: ésteres de glicerol y diversos ácidos grasos, cuya saponificación se utilizaba habitualmente para obtener jabones de ácido carboxílico. La necesidad de un gran consumo de valiosas materias primas alimentarias requirió el desarrollo de la producción de ácidos grasos sintéticos (AGL). Los FFA de estructura normal, que contienen entre 10 y 20 átomos de carbono por molécula, se obtienen mediante varios métodos (ver más abajo) y se utilizan ampliamente en la producción de tensioactivos.
Los alquilarilsulfonatos (más a menudo alquilbencenosulfonatos): las sales de ácidos sulfónicos aromáticos con la fórmula general RArSOJMe* son los tensioactivos sintéticos más baratos y fácilmente disponibles. ellos componen -70% todos produjeron tensioactivos aniónicos (más de 100 artículos). La presencia de un anión ácido fuerte en su molécula asegura la disociación y, en consecuencia, un buen efecto limpiador de dichos tensioactivos tanto en ambientes alcalinos como ácidos, así como en agua dura.
Normalmente, los alquilbencenosulfonatos se preparan mediante alquilación de benceno con cloroalcanos u olefinas, seguida de sulfonación y neutralización. Hasta 1964, la principal materia prima alifática era el llamado tetrámero de propileno, una mezcla de olefinas isómeras de Cu-Cu, que incluía muchos compuestos de cadena ramificada. A partir de esta materia prima se obtiene el tetrapropilenbencenosulfonato de sodio, producido en Alemania allá por la Primera Guerra Mundial, debido a su extremadamente pobre biodegradabilidad (Fig.
Arroz. 11
/- tetrapropilenbencenosulfonato de sodio; 2- alquilbencenosulfonatos lineales; 3- sulfatos de alquilo lineales
II-28, curva I) Actualmente su uso está prohibido en la mayoría de los países desarrollados del mundo y su producción prácticamente ha cesado.
En este sentido, se ha desarrollado la producción de alquilbencenosulfonatos con estructura lineal del radical alquilo. Estos compuestos se caracterizan por una descomposición más rápida en la biosfera (Fig. II-28, curva 2). En este caso, la materia prima para la alquilación del benceno son las parafinas normales, que se aíslan, en particular, de fracciones de aceites de bajo punto de ebullición (queroseno).
Este grupo de tensioactivos también incluye propil y butil naftaleno sulfonatos de sodio (nekali).
Los alquilsulfatos son sales de ésteres de ácido sulfúrico; fórmula general ROSOjMe + (R generalmente Xiu - Xiu). Los tensioactivos de este grupo son muy prometedores desde el punto de vista medioambiental (Fig. II-28, curva J), pero son más caros que los alquilarilsulfonatos. Se pueden obtener tanto a partir de alcoholes grasos superiores (HFA) mediante sulfoesterificación seguida de neutralización, como a partir de olefinas de cadena larga mediante adición directa de ácido sulfúrico en el doble enlace y posterior neutralización.
Alquilsulfonatos - RSOJMe * (R generalmente Cu - C 2 o): un grupo prometedor de tensioactivos que tienen un buen efecto limpiador en diferentes condiciones de pH y en agua dura, así como una buena biodegradabilidad. Se obtienen por sulfocloración o sulfoxidación de parafinas superiores con posterior neutralización. Entre los tensioactivos aniónicos prometedores también cabe mencionar los sulfonatos de olefina.
Los tensioactivos aniónicos también incluyen sustancias cuyas moléculas contienen otros tipos de grupos aniónicos: fosfatos: sales de ésteres parciales de ácido fosfórico, diversas sales de ácidos tiosulfónicos, xantatos, tiofosfatos, etc. Los tensioactivos aniónicos se utilizan como agentes humectantes, los componentes principales de los detergentes ( detergentes), agentes espumantes; son los principales tensioactivos formadores de micelas (ver Capítulo VI) con mayor volumen y gama de producción. Los tensioactivos aniónicos exhiben sus propiedades de manera más activa en ambientes alcalinos, aunque también pueden usarse en ambientes ácidos, por ejemplo, cuando se tratan metales con ácidos para eliminar películas de óxido.
Los tensioactivos catiónicos se disocian en agua para formar un catión orgánico desarrollado, un portador de actividad superficial. Estos incluyen aminas alifáticas y aromáticas (primarias, secundarias y terciarias) y sus sales, bases de tetraamonio, derivados de piridina, etc.
Las aminas grasas se pueden obtener a partir de haluros de alquilo mediante reacción con amoníaco (o aminas inferiores), a partir de ácidos grasos o sus derivados (amidas y sales de amonio) y también mediante amonólisis de alcoholes grasos. Las aminas se disocian y exhiben actividad superficial principalmente en ambientes ácidos. Los homólogos superiores, por ejemplo la octadecilamina, son insolubles en agua, pero son tensioactivos solubles en aceite.
Sales de bases de amonio cuaternario)