שימוש באפונים. חומרים פעילי שטח

לפני המצאת הסבון, שומן ולכלוך הוסרו מהעור באמצעות אפר וחול נהר עדין. המצרים שטפו את פניהם במשחה המבוססת על שעוות דבורים מהולה במים. ברומא העתיקה, השתמשו בגיר טחון דק, פומיס ואפר בעת הכביסה. ככל הנראה, הרומאים לא היו מוטרדים מהעובדה שבמהלך שטיפות כאלה, יחד עם הלכלוך, ניתן היה "לגרד" חלק מהעור עצמו. הקרדיט להמצאת הסבון שייך כנראה לשבטים הגאליים. לפי פליניוס הזקן, הגאלים הכינו משחה מהחלב והאפר של עץ האשור, ששימשה לצביעת שיער ולטיפול במחלות עור. ובתוך II המאה, הוא החל לשמש כחומר ניקוי.

הדת הנוצרית ראתה בשטיפת הגוף פעילות "חוטאת". "קדושים" רבים נודעו רק בכך שלא שטפו את כל חייהם. אבל אנשים הבחינו זמן רב בנזק ובסכנות הבריאותיות של זיהום העור. כבר במאה ה-18 הוקמה ייצור סבון ברוסיה, ובמספר מדינות אירופה עוד קודם לכן.

הטכנולוגיה להכנת סבון משומנים מן החי התפתחה במשך מאות שנים. ראשית, מכינים תערובת שומן, שנמסה ומסבנת - מבושלת עם אלקלי. כדי לבצע הידרוליזה של שומן בסביבה בסיסית, קח מעט שומן חזיר מעובד, כ-10 מ"ל אלכוהול אתילי ו-10 מ"ל תמיסת אלקלית. כאן מוסיפים גם מלח שולחני ומחממים את התערובת שנוצרה. זה מייצר סבון וגליצרין. מוסיפים מלח כדי לזרז גליצרין וזיהומים. במסת הסבון נוצרות שתי שכבות - הליבה (סבון טהור) והסבון הסבון .

סבון מיוצר גם באופן תעשייתי.

כינון שומנים יכול להתרחש גם בנוכחות חומצה גופרתית (ספין חומצה). זה מייצר גליצרול וחומצות קרבוקסיליות גבוהות יותר. האחרונים מומרים לסבונים על ידי פעולת אלקלי או סודה. חומרי המוצא לייצור סבון הם שמנים צמחיים (חמניות, זרעי כותנה וכו'), שומנים מן החי וכן נתרן הידרוקסיד או אפר סודה. שמנים צמחיים עוברים תחילה הידרוגן, כלומר הם מומרים לשומנים מוצקים. משתמשים גם בתחליפי שומן - חומצות שומן קרבוקסיליות סינתטיות בעלות משקל מולקולרי גדול. ייצור סבון דורש כמויות גדולות של חומרי גלם, ולכן המשימה היא להשיג סבון ממוצרים שאינם מזון. החומצות הקרבוקסיליות הנחוצות לייצור סבון מתקבלות על ידי חמצון של פרפין. על ידי נטרול חומצות המכילות בין 9 ל-15 אטומי פחמן למולקולה, מתקבל סבון אסלה, ומחומצות המכילות בין 16 ל-20 אטומי פחמן מתקבל סבון כביסה וסבון למטרות טכניות.

הרכב סבון

סבונים קונבנציונליים מורכבים בעיקר מתערובת של מלחים של חומצות פלמיטית, סטארית ואולאית. מלחי נתרן יוצרים סבונים מוצקים, מלחי אשלגן יוצרים סבונים נוזליים.

סבון - מלחי נתרן או אשלגן של חומצות קרבוקסיליות גבוהות יותר,
מתקבל כתוצאה מהידרוליזה של שומנים בסביבה בסיסית

ניתן לתאר את מבנה הסבון על ידי הנוסחה הכללית:

R – COOM

כאשר R הוא רדיקל פחמימני, M הוא מתכת.

היתרונות של סבון:

א) פשטות וקלות שימוש;

ב) מסיר היטב את החלב

ב) יש תכונות חיטוי

החסרונות של סבון וביטולם:

פגמים	פתרונות
1. יכולת ניקוי לקויה במים קשים המכילים מלחי סידן ומגנזיום מסיסים. מכיוון שבמקרה זה משקעים מלחים בלתי מסיסים במים של חומצות קרבוקסיליות גבוהות יותר של סידן ומגנזיום. הָהֵן. זה דורש צריכה גדולה של סבון.	1. לסבון מוסיפים חומרים מורכבים המסייעים בריכוך מים (מלחי נתרן של חומצה אתילן-דיאמין-טטרה-אצטית - EDTA, EDTA, DTPA).
2. בתמיסות מימיות, הסבון עובר הידרוליזה חלקית, כלומר. אינטראקציה עם מים. זה מייצר כמות מסוימת של אלקלי, שעוזר לפרק את החלב ולהסיר אותו. מלחי אשלגן של חומצות קרבוקסיליות גבוהות יותר (כלומר סבון נוזלי) מסיסים טוב יותר במים ולכן יש להם אפקט ניקוי חזק יותר. אבל באותו זמן יש לו השפעה מזיקה על עור הידיים והגוף. זאת בשל העובדה שלשכבה העליונה הדקה ביותר של העור יש תגובה חומצית מעט (pH=5.5) ובכך מונעת מחיידקים פתוגניים לחדור לשכבות העמוקות של העור. כביסה עם סבון מובילה להפרה של ה-pH (התגובה הופכת מעט בסיסית), נקבוביות העור נפתחות, מה שמוביל לירידה בתגובת ההגנה הטבעית. אם אתה משתמש בסבון לעתים קרובות מדי, העור שלך הופך יבש ולפעמים הופך דלקתי.	2. כדי להפחית את ההשפעה השלילית הזו, סבונים מודרניים מוסיפים: - חומצות חלשות (חומצת לימון, חומצה בורית, חומצה בנזואית וכו'), המנרמלות את ה-pH - קרמים, גליצרין, ג'לי נפט, שמן דקלים, שמן קוקוס, דיאתנולאמידים של שמני קוקוס ודקלים וכו'. לריכוך העור ומניעת חדירת חיידקים לנקבוביות העור.

מבנה סבון- נתרן סטארט.

למולקולת הנתרן סטארט יש רדיקל פחמימני לא קוטבי ארוך (מסומן על ידי קו גלי) וחלק קוטבי קטן:

מולקולות פעילי השטח על פני הגבול מסודרות כך שהקבוצות ההידרופיליות של אניונים קרבוקסיליים מופנות לתוך המים, וקבוצות הפחמימנים ההידרופוביים נדחפות החוצה מתוכם. כתוצאה מכך, פני המים מכוסים בפליסאדה של מולקולות פעילי שטח. למשטח מים כזה יש מתח פנים נמוך יותר, מה שמאפשר הרטבה מהירה ומלאה של משטחים מזוהמים. על ידי הפחתת פני המתח של המים, אנו מגבירים את יכולת ההרטבה שלהם.

חומרים פעילי שטח (חומרי שטח) נמצאים בשימוש נרחב בקוסמטיקה. הודות להם, שמפו וג'ל רחצה מנקים את העור מלכלוך, ואמולסיה קוסמטיות נשארות יציבות ואינן מתפרקות לשלב מימי שמנוני. הכל יהיה בסדר, אבל בנוסף לאיכויות טכניות שימושיות, לחומרי שטח יש גם חיסרון - הם יכולים לייבש ולגרות את העור.

1. חומרים פעילי שטח הם מתחלבים ורכיבי ניקוי

מתחלבים הם רכיבים שלא ניתן להימנע מהם אם היצרן רוצה ליצור אמולסיה המורכבת משמן ומים. ללא חומרים מתחלבים הוא ייפרד לשני שלבים, וזה לא רק שלא נראה אסתטי, אלא גם יוצר סביבה נוחה לחיידקים שיכולים להתיישב בגבול שכבות המים והשמן. בנוסף, אופי התפלגות הרכיבים הפעילים משתנה, שעלולים אף לאבד את פעילותם.

המתחלבים החזקים ביותר הם חומרים פעילי שטח (חומרי שטח). המשימה העיקרית שלהם היא לפרק לכלוך (שומנים) במהלך כביסה, שטיפת שיער ושטיפת עור. חומרים פעילי שטח הם היוצרים קצף במוצרי ניקוי.

2. פעילי שטח מנקים את העור והשיער

חומרים פעילי שטח בסבונים, שמפו וג'ל רחצה נספגים על פני השטח של מזהמים (שומן, לכלוך), מוטבעים בהם, נמעכים לטיפות קטנות ובכך מקלים על הסרת חלקיקים אלו. הבעיה היא שפעילי שטח לא רואים את ההבדל בין "שומנים מיותרים" לבין חומר הסיכה השומני הטבעי של העור. לכן, כל חומר פעיל שטח ש"מנקה היטב" את העור יכול להפוך אותו ליובש ומגורה.

3. חומרים פעילי שטח עלולים לגרות את העור

כאשר חומרים פעילי שטח עולים על העור, תאי השכבה הקרנית של האפידרמיס מתנפחים והחדירות שלהם לרכיבים פעילים עולה. מצד אחד, ככל שהשכבה הקרנית מתנפחת יותר, כך היא מתנקה טוב יותר ומהיר יותר. אבל מצד שני, בריכוזים גבוהים, חומרים פעילי שטח עלולים לפגוע בשומנים של השכבה הקרנית. בנוסף, העור הופך חדיר לא רק לרכיבים מועילים, אלא גם לגורמים מגרים - אם פתאום מתברר שהם חלק מהמוצר.

4. פעילי שטח ניתן להשיג משלושה מקורות

• חומרי גלם צמחיים (מקור טבעי)
• מנפט וגז (מקור מינרלי)
• לסנתז במעבדה (מקור סינתטי)

5. ישנם חומרים פעילי שטח שונים

חומרים פעילי שטח אניונים– אחד ממרכיבי הניקוי הנפוצים ביותר. מנקה היטב גם במים קשים. סודיום לוריל ולורת סולפטים (SLS, SLES) נכללים בקטגוריה זו. נכון להיום, תעשיית הקוסמטיקה משתמשת בחומרי שטח אנוניים מהדור החדש שאין להם את אותו אפקט ייבוש כמו ל-SLS. לדוגמה, Sodium Lauroyl Sarcosinate, Sodium Lauroyl Oat Amino Acids.

חומרים פעילי שטח קטיוניים- יש אפקט ניקוי חלש, אבל יכול לגרות את העור יותר מאשר חומרים פעילי שטח אניונים. לכן, הם משמשים לרוב כתוסף ריכוך ולהסרת חשמל סטטי במוצרי שטיפת שיער (Cetrimonium chloride, Quaternium-15)

חומרים פעילי שטח אמפוטריים- יש אפקט ניקוי עדין, להפחית את ההשפעות האגרסיביות של חומרים פעילי שטח אניונים ולשפר את ההקצפה. מקבוצת פעילי השטח האמפוטריים משתמשים לרוב בנגזרות בטאין (קוקואמינופרופיל בטאין). חומרים פעילי שטח אמפוטריים מתקבלים מחומצות שומן של שמני קוקוס, גרעיני דקל, חמניות, סויה ולפתית, כמו גם הידרוליזטים של קולגן, קרטין, אלסטין וחלבונים אחרים.

חומרים פעילי שטח לא יוניים- יש השפעה מגרה קלה על העור, הם מקציפים מעט, ולכן הם משולבים לעתים קרובות עם פעילי שטח אניונים. הם משמשים בשמפו ומרככים כדי להפוך את השיער למשיי ורך. לחומרי שטח לא-ניוניים יש את הפירוק הביולוגי המלא ביותר (Glyceryl Laurate, Decyl Glucoside)

רשימה של חומרי שטח עדינים המשמשים בקוסמטיקה טבעית

Coco-Glucoside - גלוקוזיד קוקוס
חומר מקציף רך המתקבל מבשר קוקוס מיובש וסוכר פירות. משמש כחומר קצף, מרכך וחומר מתחלב. במוצרי שיער - מחליק את מבנה השיער ומוסיף נפח. לא נמצאו תופעות לוואי של גלוקוזיד קוקוס; ניתן להשתמש בו לכל סוג עור ולמוצרי קוסמטיקה לילדים.

Lauryl Glucoside - Lauryl glycoside
הוא מסונתז מחומרי גלם טבעיים במהלך תיקון שומנים צמחיים (שמן קוקוס וגלוקוז). בקוסמטיקה הוא פועל כחומר מתחלב, מפזר, חומר קצף טבעי, ומגביר את צמיגות העקביות. יש לו אפקט ניקוי עדין והוא משמש במוצרי ילדים ומוצרי היגיינה אינטימית. בג'לים וקרמים הוא מנקה ומרכך את העור; בשמפו הוא מספק אפקט מיזוג קל ומקל על עיצוב השיער לאחר מכן.

Sodium Cocoamphoacetate - Sodium cocoamphoacetate
חומר פעיל שטח המופק מחומצות השומן של שמן קוקוס (חומצת קוקוס). בקוסמטיקה הוא משמש כחומר מקציף ובעל תכונות ניקוי עדינות. יוצר עקביות נעימה של המוצר. משמש בדרך כלל כרכיב עבור חומרי ניקוי נוזליים, ג'לים ושמפו. במוצרי שיער - מגביר את האלסטיות, משפר את מבנה השיער הפגום ומוסיף ברק.

סודיום קוקויל גלוטמט - סודיום גלוטמט קוקויל
חומר פעיל שטח שהוא תרכובת של חומצה גלוטמית.
בקוסמטיקה הוא משמש כחומר מקציף, חומר ניקוי עדין וחומר מתחלב. משמש לעתים קרובות בשטיפת שיער ושמפו, הוא יוצר תחושה של רכות, לחות לעור, ויש לו אפקט מיזוג.

Sodium Lauroyl Sarcosinate - Sodium lauryl sarcosinate
מופק מסרקוזין, חומצת אמינו טבעית הנמצאת בירקות ובפירות.
בקוסמטיקה הוא משמש לעתים קרובות כחומר קצף רך, פעיל שטח ומרכך. תכשיר ניקוי עדין בטוח לעור, ובו בזמן מסיר ביעילות לכלוך, חיידקים וחלב. אינו מגרה אפילו עור רגיש. בשימוש לטיפוח השיער הוא מחזיר לו חיוניות וברק, מנקה בקפידה ומשפר את המבנה שלו.

Sodium Lauryl Glucose Carboxylate - Lauryl glucoside carboxylase
חלופה טבעית לחומרי שטח אגרסיביים. חומר קצף טבעי רך מאוד היוצר עקביות הומוגנית של המוצר, המתקבל על ידי תגובה של קוקוס ושמן דקלים עם סוכר ועמילן. במוצרי קוסמטיקה משתמשים בו בדרך כלל במוצרים לשטיפת וניקוי העור ובשמפו לשיער. לא זוהו תגובות שליליות או אלרגיות בעת השימוש בחומר זה.

Sucrose Cocoate - Sucrose Cocoate
חומר טבעי המתקבל מחומצות השומן של שמן קוקוס וסוכרוז אסטר. לנוזל המוגמר יש עקביות צמיגה וצבע צהוב בהיר, ויש לו תכונות לחות וריכוך בולטות. סוכרוז קוקואט סופג מים וכאשר נמרח על העור הוא שומר על רמת לחות אופטימלית בו.
משמש לעתים קרובות בחומרי ניקוי (ג'לים, קצפים, חלב מסיר איפור) וקרמי לחות.

מקורות:
"יסודות הכימיה הקוסמטית", T. Puchkova
"קוסמטולוגיה חדשה", A. Margolina, E. Hernandez

חומרים פעילי שטח הם בעלי מבנה מולקולרי קוטבי (אסימטרי), מסוגלים להיספג בממשק של שני אמצעים ולהפחית את אנרגיית השטח החופשית של המערכת. תוספות די לא משמעותיות של פעילי שטח יכולות לשנות את תכונות משטח החלקיקים ולהעניק לחומר איכויות חדשות. פעולתם של חומרים פעילי שטח מבוססת על תופעת הספיחה, המובילה בו-זמנית להשפעה הפוכה אחת או שתיים: ירידה באינטראקציה בין חלקיקים וייצוב הממשק ביניהם עקב היווצרות שכבת בין-פאזית. רוב פעילי השטח מאופיינים במבנה ליניארי של מולקולות, שאורכן חורג באופן משמעותי מהממדים הרוחביים (איור 15). רדיקלים מולקולריים מורכבים מקבוצות הקשורות בתכונותיהן למולקולות ממס, ומקבוצות פונקציונליות בעלות תכונות השונות מהן באופן חד. אלו הן קבוצות הידרופיליות קוטביות, בעל קשרי ערכיות בולטים ובעלי השפעה מסוימת על הרטבה, סיכה ופעולות אחרות הקשורות למושג פעילות פני השטח . במקביל, אספקת האנרגיה החופשית פוחתת עם שחרור החום כתוצאה מהספיחה. קבוצות הידרופיליות בקצוות של שרשראות פחמימניות לא קוטביות יכולות להיות הידרוקסיל - OH, קרבוקסיל - COOH, אמינו - NH 2, sulfo - SO וקבוצות אחרות בעלות אינטראקציה חזקה. קבוצות פונקציונליות הן רדיקלים פחמימנים הידרופוביים המאופיינים בקשרי ערכיות צדדיים. אינטראקציות הידרופוביות מתקיימות ללא תלות בכוחות בין מולקולריים, בהיותם גורם נוסף המקדם התקרבות, "היצמדות" של קבוצות או מולקולות לא קוטביות. שכבת הספיחה המונומולקולרית של מולקולות פעילי שטח מכוונת עם הקצוות החופשיים של שרשראות הפחמימנים הרחק מ

פני השטח של החלקיקים והופך אותו ללא הרטבה, הידרופובי.

היעילות של תוסף פעיל שטח מסוים תלויה בתכונות הפיזיקוכימיות של החומר. חומר פעיל שטח שמייצר השפעה במערכת כימית אחת עשוי שלא להיות השפעה או השפעה הפוכה בבירור במערכת אחרת. במקרה זה, ריכוז פעילי השטח חשוב מאוד, הקובע את מידת הרוויה של שכבת הספיחה. לפעמים תרכובות במשקל מולקולרי גבוה מפגינות אפקט דומה לחומרי שטח, למרות שהן אינן משנות את מתח הפנים של מים, למשל אלכוהול פוליוויניל, נגזרות תאית, עמילן ואפילו ביו-פולימרים (תרכובות חלבון). ההשפעה של חומרים פעילי שטח יכולה להתבצע על ידי אלקטרוליטים וחומרים בלתי מסיסים במים. לכן, קשה מאוד להגדיר את המושג "חומר פעיל שטח". במובן הרחב, מושג זה מתייחס לכל חומר שבכמויות קטנות משנה באופן ניכר את תכונות פני השטח של מערכת מפוזרת.

הסיווג של פעילי שטח הוא מגוון מאוד ובמקרים מסוימים סותר. נעשו מספר ניסיונות לסווג לפי קריטריונים שונים. לדברי ריבינדר, כל פעילי השטח לפי מנגנון הפעולה שלהם מחולקים לארבע קבוצות:

- חומרי הרטבה, מסירי קצף ויוצרי קצף, כלומר פעילים בממשק נוזל-גז. הם יכולים להפחית את מתח הפנים של מים מ-0.07 ל-0.03-0.05 J/m2;

- חומרי פיזור, פפטיזרים;

- מייצבים, חומרי ספיחה ומדללים (מפחיתי צמיגות);

– דטרגנטים עם כל התכונות של חומרים פעילי שטח.

הסיווג של חומרים פעילי שטח לפי מטרה פונקציונלית נמצא בשימוש נרחב בחו"ל: מדללים, חומרי הרטבה, מפזרים, חומרי ניקוי, חומרי קצף ומסירי קצף, מתחלבים, מייצבי מערכת פיזור. גם קלסרים, פלסטיזרים וחומרי סיכה נבדלים.

בהתבסס על המבנה הכימי שלהם, פעילי שטח מסווגים בהתאם לאופי של קבוצות הידרופיליות ורדיקלים הידרופוביים. הרדיקלים מחולקים לשתי קבוצות - יונית ולא יונית, הראשונה יכולה להיות אניונית וקטיונית.

חומרים פעילי שטח לא יוניים מכילים קבוצות סופיות בלתי מייננות בעלות זיקה גבוהה למדיום הפיזור (מים), הכוללות בדרך כלל אטומים של חמצן, חנקן וגופרית. חומרים פעילי שטח אניונים הם תרכובות שבהן שרשרת פחמימנית ארוכה של מולקולות עם זיקה נמוכה למדיום הפיזור היא חלק מהאניון הנוצר בתמיסה מימית. לדוגמה, COOH היא קבוצת קרבוקסיל, SO 3 H היא קבוצת סולפו, OSO 3 H היא קבוצת אתר, H 2 SO 4 וכו'. חומרים פעילי שטח אניונים כוללים מלחים של חומצות קרבוקסיליות, אלקיל סולפטים, אלקיל סולפנאטים וכו' חומרים קטיוניים יוצרים קטיונים המכילים רדיקל פחמימני ארוך בתמיסות מימיות. למשל, אמוניום עם תחליפים 1, 2, 3 ו-4 וכו'. דוגמאות לחומרים כאלה יכולים להיות מלחי אמינים, בסיסי אמוניום וכו'. לפעמים מבודדת קבוצה שלישית של חומרים פעילי שטח, הכוללת אלקטרוליטים אמפוטריים וחומרים אמפוליטים, אשר, בהתאם לטבע, השלב המפוזר יכול להפגין תכונות חומציות ובסיסיות כאחד. אמפוליטים אינם מסיסים במים, אך הם פעילים במדיה לא מימית, כגון חומצה אולאית בפחמימנים.

חוקרים יפנים מציעים סיווג של פעילי שטח לפי תכונות פיזיקוכימיות: משקל מולקולרי, מבנה מולקולרי, פעילות כימית וכו'. הקליפות דמויות הג'ל על חלקיקים מוצקים הנובעים מחומרי שטח כתוצאה מאורינטציות שונות של קבוצות קוטביות ולא קוטביות עלולות לגרום למגוון השפעות: נזילות; ייצוב; פיזור; מסיר קצף; פעולות כריכה, פלסטיק ושימון.

לחומר הפעיל השטח יש השפעה חיובית רק בריכוז מסוים. ישנן דעות שונות מאוד בנושא הכמות האופטימלית של פעילי שטח שניתנים. P. A. Rebinder מציין כי עבור חלקיקים

1-10 מיקרומטר הכמות הנדרשת של חומר פעיל שטח צריכה להיות 0.1-0.5%. מקורות אחרים נותנים ערכים של 0.05-1% או יותר לפיזור שונה. עבור פריטים, נמצא כי על מנת ליצור שכבה מונומולקולרית במהלך טחינה יבשה, יש ליטול חומרים פעילי שטח בשיעור של 0.25 מ"ג ל-1 מ"ר של פני השטח הספציפיים של המוצר הראשוני; לטחינה רטובה – 0.15–0.20 מ"ג/מ"ר. תרגול מראה כי יש לבחור את ריכוז החומרים הפעילים בכל מקרה ספציפי בניסוי.

בטכנולוגיה של SEMs קרמי, ניתן להבחין בארבעה תחומי יישום של חומרים פעילי שטח, המאפשרים להעצים שינויים פיזיקוכימיים ותמורות בחומרים ולשלוט בהם במהלך תהליך הסינתזה:

- העצמת תהליכי הטחינה העדינה של אבקות להגברת פיזור החומר וצמצום זמן הטחינה בעת השגת פיזור נתון;

- ויסות תכונות של מערכות פיזור פיסיקליות וכימיות (תרחיפים, מחליקים, משחות) בתהליכים טכנולוגיים. מה שחשוב כאן הם תהליכי ההנזלה (או ירידה בצמיגות עם עלייה בנזילות ללא ירידה בתכולת הלחות), ייצוב מאפיינים ריאולוגיים, הסרת קצף במערכות מפוזרות וכו';

- בקרה על תהליכי היווצרות לפיד בעת ריסוס מתלים בעת קבלת הגודל, הצורה והפיזור שצוינו של לפיד הריסוס;

- הגברת הפלסטיות של תרכובות דפוס, במיוחד אלו המתקבלות בעת חשיפה לטמפרטורות גבוהות, וצפיפות החסר המיוצר כתוצאה מהכנסת קומפלקס של קלסרים, פלסטיים וחומרי סיכה.

היכולת של חומרים פעילי שטח, כאשר הם נספגים על ממשק פאזה, לשנות באופן קיצוני את תכונותיהם ובכך להשפיע על תכונות חשובות רבות של מערכות פיזור נמצא בשימוש נרחב במגוון תחומי טכנולוגיה ותהליכים טכנולוגיים רבים. במקרה זה, ההשפעה של פעילי שטח יכולה להיות שונה באופן משמעותי בהתאם לאופי הכימי ולמבנה של השלבים הסמוכים ומולקולות פעילי השטח, ולתנאי השימוש בהם. בעקבות Rehbinder (10J), ניתן להבחין בארבע קבוצות של חומרים פעילי שטח על פי המנגנון הפיזיקלי-כימי של פעולתם על ממשק הפאזה והמערכת המפוזרת כולה. הבה ניתן תיאור ראשוני קצר של קבוצות עיקריות אלו.

I. חומרים שהם פעילי שטח רק (או בעיקר) בממשק המים-אוויר. אלה כוללים הומולוגיות בינוניות ומעלה של אלכוהול וחומצות אליפטיות, כמו גם חומרים טבעיים מורכבים יותר. פעילי שטח השייכים לקבוצה זו הם חומרי הרטבה פעילים במידה בינונית - על ידי הפחתת מתח הפנים של המים בממשק עם האוויר (ראה III.2); הם יכולים לשמש גם כסוכני קצף, במיוחד ליצירת קצפים בעלי יציבות נמוכה (בציפה). כמה חומרים פעילי שטח חזקים מקבוצה זו (אוקטיל, אלכוהול איזואמיל וכו') משמשים גם כמסירי קצף (ראה פרק VIII.2).

II. חומרים בעלי אופי שונה, פעילי שטח בממשקים שונים בין פאזות מעובה (מוצק - נוזל, נוזל - נוזל). פעילי שטח של קבוצה זו בתנאים של ירידה חזקה אבגבול הבין-פאזי הם תורמים לפיתוח ממשקי פאזה חדשים בתהליכי הרס, פיזור ועיבוד של מוצקים (ראה פרק VI, IX) ואמולסיפיקציה של נוזלים. ניתן לקבץ חומרים פעילי שטח כאלה על סמך פעולתם תחת השם הכללי מפזרים. חומרים השייכים לקבוצה זו של פעילי שטח מאפשרים גם לשלוט בהרטבה סלקטיבית (ראה פרק III.2).

שתי הקבוצות הללו מאופיינות בהיעדר יכולת של מולקולות פעילי שטח ליצור מבנים דמויי ג'ל מרחביים הן בחלק הארי של השלבים והן בממשק שלהם.

III. חומרים פעילי שטח בעלי יכולת ליצור מבנים דמויי ג'ל, כלומר, במידה מסוימת דמויי מוצק (ראה פרק VII.5) בשכבות ובנפחי ספיחה

בשלבים יתר על כן, במקרים מסוימים, פעילי שטח הקשורים כאן עשויים שלא להיות בעלי פעילות פני שטח גבוהה. רוב פעילי השטח השייכים לקבוצה זו הם חומרים מולקולריים גבוהים, טבעיים או סינתטיים בעלי מבנה מורכב בעיקר, עם מספר רב של קבוצות קוטביות (חלבונים, גלוקוזידים, נגזרות תאית, אלכוהול פוליוויניל וכו'). חומרים כאלה משמשים כמייצבים יעילים ביותר של מערכות פיזור מתונות בעלות אופי שונה: קצף, תחליב, תרחיפים. חומרים פעילי שטח מקבוצה זו יכולים לשמש כחומרי פלסטיק עבור פיזור (משחות) מרוכזים ביותר. מנגנון הפעולה של חומרים אלו נדון בפרק. VII-IX.

IV. חומרים פעילי שטח בעלי אפקט ניקוי. הם משלבים את הפונקציות של כל שלוש הקבוצות הקודמות של פעילי שטח, ובנוסף, מסוגלים להיווצר ספונטנית בנפח השלב הנוזלי של חלקיקים קולואידים יציבים מבחינה תרמודינמית (היווצרות מיצל בתמיסות פעילי שטח, ראה פרק VI) והכללת מזהמים הניתנים לכביסה. לתוך הליבה של מיצלות (מיסוס, ראה שם). זה כולל חומרים פעילי שטח אניונים, קטיוניים ולא יוניים שונים מאלה המוזכרים בהמשך פסקה זו.

בהתבסס על המבנה הכימי שלהם, ניתן לחלק פעילי שטח לשתי מחלקות גדולות. אלה הם, מצד אחד, פעילי שטח אורגניים עם מולקולות אמפיפיליות, פעילי שטח אוניברסליים לכל היותר גבולות בין-פאזיים (באופן טבעי, מתחת לטמפרטורת הפירוק שלהם), אך בדרך כלל מספקים רק ירידה קטנה יחסית ב א(ב-30-40 mJ/m2). מצד שני, מדובר במגוון רחב של חומרים, בעיקר אנאורגניים, המציגים פעילות פני שטח סלקטיבית, אך לרוב גבוהה מאוד ביחס לממשק ספציפי נתון, המסוגלים לגרום לירידה חדה מאוד ב-(מתכות נמסות ביחס למתכות מסוימות יותר עקשן, מים ביחס לסדרה של מלחים וכו').

מקום מיוחד תופס על ידי אורגנוסיליקון וחומרי שטח אורגנו-אלמנטים אחרים, בעלי עמידות חום מוגברת ותכונות אחרות המאפשרות להשתמש בהם בתנאים קיצוניים (טמפרטורות ולחצים גבוהים, סביבות אגרסיביות). מקום חשוב במבחר המודרני של פעילי שטח מתחילים להיתפס על ידי תרכובות עם רדיקלים מופלרים (כולל פרפלואורינים), המסוגלים להפחית חזק יותר ב-o מאשר פעילי שטח רגילים עם רדיקלים הידרופוביים פחמימניים.

כמובן שניתן לגשת לסיווג של פעילי שטח מנקודות מבט שונות, והחלוקה הנתונה לפי מנגנון פעולתם לארבע קבוצות אינה ממצה (הם יכולים לחפוף זה לזה ולהופיע יחד). שימו לב שחלוקה זו מנוסחת באופן עקרוני עבור פעילי שטח אורגניים קונבנציונליים; יחד עם זאת, ניתן להרחיב אותו במידה מסוימת לחומרים אחרים, במיוחד לנציגי קבוצה II - חומרים מפזרים (ראה פרק IX.4).

תיאור התכונות והיישומים של פעילי שטח בתחומים שונים של תעשייה, חקלאות, רפואה וכו', נתונים על חומרי גלם, סינתזה וייצור של פעילי שטח ניתן למצוא בעיון ובספרות המונוגרפית הזמינה *.

הקבוצות העיקריות של פעילי שטח אורגניים סינתטיים הם הבאים: אלקינזן-סולפנטים, אלקיל סולפטים, אולפינים סולפטים, פעילי שטח עם אתוקסילציה, קופולימרים בלוק, בסיסי אמוניום רבעוניים.

המאפיינים העיקריים הקובעים את היקף הייצור של חומרים פעילי שטח מסוימים, בנוסף לתכונות הפיזיקו-כימיות שלהם, הם העלות שלהם, זמינות מקורות חומרי גלם וידידותיות לסביבה, המאופיינת בעיקר על ידי מתכלות ביולוגית -זמן להפחית את ריכוז חומרי השטח במספר מסוים של פעמים. הבעיה של סינתזה של PABs מתכלים מאוד הפכה כעת לרלוונטית במיוחד. זה, במיוחד, נובע מהעובדה שבהתרכזות בשכבות ספיחה על פני המאגרים, פעילי שטח משנים את תנאי החיים של אורגניזמים שונים, למשל, עקב שינויים בתהליכי חילופי חמצן. מפגע סביבתי משמעותי הוא היווצרות קצף יציב במהלך ספיחת חומרים פעילי שטח על פני המים, במסנני טיהור וכו'. צוין כי לחומרי שטח בעלי שרשרת פחמימנים ליניארית יש את קצב הפירוק הביולוגי הגבוה ביותר, בעוד שפעילי שטח עם ארומטיים ו רדיקלים אליפטים מסועפים, במיוחד עם אטומי פחמן רבעוניים, רגישים במידה נמוכה למיקרואורגניזמים. השימוש בחומרי גלם פרפין לסינתזה של פעילי שטח בשרשרת ליניארית הוא אפוא היבט סביבתי חשוב בייצור ושימוש בחומרי שטח.

בהתבסס על הטבע הכימי שלהם, פעילי שטח אורגניים בעלי מבנה אמפיפילי מחולקים לאניוניים, קטיוניים, אמפוליטיים ולא-יוניים. את העמדה הדומיננטית בקרב פעילי השטח המיוצרים בעולם תופסים חומרי השטח האניונים הזולים והאוניברסליים למדי, המהווים לפחות 60% מהייצור העולמי; עד 30% הם חומרים פעילי שטח לא יוניים, ~ 10% הם קטיוניים, ורק חלק מאחוז הם חומרים פעילי שטח סינתטיים אמפוליטיים.

חומרים פעילי שטח אניונים הם תרכובות אורגניות שכאשר מתפרקות במים, יוצרות אניון עם רדיקל פחמימני ארוך - נושא של פעילות פני השטח; יתרה מכך, הקטיון אינו פעיל על פני השטח בממשק מים-אוויר. חומרים פעילי שטח אניונים כוללים את התרכובות הבאות.

מלחים של חומצות קרבוקסיליות (סבונים) עם הנוסחה הכללית RCOO - Me +, כאשר R הוא הרדיקל האורגני Cg - C20; Me + - Na + (בסבונים מוצקים), K + (בסבונים נוזליים) או NH 4. חומרי שטח כאלה נבדלים על ידי הטכנולוגיה הפשוטה למדי של הייצור שלהם (ולכן, עלות נמוכה יחסית) וחשוב מאוד, התכלות ביולוגית מלאה. לסבונים של חומצה קרבוקסילית יש אפקט ניקוי טוב רק בסביבה בסיסית; בסביבה חומצית (עקב היווצרות חומצות שומן מסיסות גרוע) ובמים קשים (בשל היווצרות מלחי סידן ומגנזיום בלתי מסיסים), יכולת הניקוי של חומרים פעילי שטח אלו נמוכים.

במשך תקופה ארוכה, חומרי הגלם העיקריים לייצורם היו שומנים טבעיים - אסטרים של גליצרול וחומצות שומן שונות, שהסיבון שלהן שימש בדרך כלל להשגת סבוני חומצה קרבוקסילית. הצורך בצריכה עצומה של חומרי גלם יקרי ערך למזון הצריך פיתוח של ייצור חומצות שומן סינתטיות (FFA). FFAs בעלי מבנה תקין, המכילים 10-20 אטומי פחמן למולקולה, מתקבלים במספר שיטות (ראה להלן) ונמצאים בשימוש נרחב בייצור חומרים פעילי שטח.

אלקילריל סולפונטים (לרוב אלקילבנזן סולפונטים) - מלחים של חומצות סולפוניות ארומטיות עם הנוסחה הכללית RArSOJMe* הם הזולים והזמינים ביותר מבין חומרים פעילי שטח סינתטיים. הם משלימים -70% כולם מיוצרים פעילי שטח אניונים (יותר מ-100 פריטים). הנוכחות של אניון חומצי חזק במולקולה שלהם מבטיחה ניתוק ובהתאם, אפקט ניקוי טוב של חומרים פעילי שטח כאלה הן בסביבות אלקליות והן בסביבה חומצית, כמו גם במים קשים.

בדרך כלל, אלקילבנזן סולפונטים מוכנים על ידי אלקילציה של בנזן עם כלורואלקנים או אולפינים, ולאחר מכן סולפפון וניטרול. עד 1964, חומר הגלם האליפאטי העיקרי היה מה שנקרא פרופילן טטרמר - תערובת של Cu-Cu olefins איזומריים, כולל תרכובות מסועפות רבות. נתרן טטרפרופילן-בנזן-סולפונט המתקבל מחומר גלם זה, שיוצר בגרמניה עוד במלחמת העולם הראשונה, בשל התכלות הביולוגית הגרועה ביותר שלו (איור.

אורז. אחד עשר

/- נתרן טטרפרופילן-בנזן-סולפונט; 2- אלקילבנזןסולפונטים ליניאריים; 3- אלקיל סולפטים ליניאריים

II-28, עקומה אני)כיום אסור לשימוש ברוב המדינות המפותחות בעולם, וייצורו כמעט הופסק.

בהקשר זה התפתח ייצור של אלקילבנזןסולפונטים בעלי מבנה ליניארי של רדיקל האלקיל. תרכובות כאלה מאופיינות בפירוק מהיר יותר בביוספרה (איור II-28, עקומה 2). במקרה זה, חומר הגלם לאלקילציה של בנזן הוא פרפינים רגילים, המבודדים, במיוחד, משברי שמנים בעלי רתיחה נמוכה (נפט).

קבוצה זו של פעילי שטח כוללת גם נתרן פרופיל ובוטיל נפתלין סולפונטים (נקאלי).

אלקיל סולפטים הם מלחים של אסטרים של חומצה גופרתית; נוסחה כללית ROSOjMe + (R בדרך כלל Xiu - Xiu). חומרים פעילי שטח מקבוצה זו מבטיחים מאוד מנקודת מבט סביבתית (איור II-28, עקומה J), אך הם יקרים יותר מאלקילריל סולפונטים. ניתן להשיג אותם הן מאלכוהולים שומניים גבוהים יותר (HFAs) על ידי סולפו-אסטריפיקציה ואחריה ניטרול, והן מאלפינים ארוכי שרשרת על ידי הוספה ישירה של חומצה גופרתית בקשר הכפול וניטרול לאחר מכן.

אלקיל סולפונטים - RSOJMe * (R בדרך כלל Cu - C 2 o) - קבוצה מבטיחה של חומרים פעילי שטח בעלי אפקט ניקוי טוב בתנאי pH שונים ובמים קשים, כמו גם מתכלות ביולוגית טובה. הם מתקבלים על ידי sulfochlorination או sulfoxidation של פרפינים גבוהים יותר עם ניטרול לאחר מכן. בין פעילי השטח האניונים המבטיחים, יש לציין גם אולפינים סולפונטים.

פעילי שטח אניוניים כוללים גם חומרים שהמולקולות שלהם מכילות סוגים אחרים של קבוצות אנוניות: פוספטים - מלחים של אסטרים חלקיים של חומצה זרחתית, מלחים שונים של חומצות תיוסולפוניות, קסנטטים, תיופרוספטים וכו'. חומרי ניקוי), חומרי קצף; הם חומרי השטח העיקריים היוצרים מיצל (ראה פרק VI) עם נפח הייצור וטווח הייצור הגדולים ביותר. חומרים פעילי שטח אניונים מציגים את תכונותיהם באופן הפעיל ביותר בסביבות אלקליות, אם כי ניתן להשתמש בהם גם בסביבות חומציות, למשל, כאשר מטפלים במתכות עם חומצות להסרת סרטי תחמוצת.

חומרים פעילי שטח קטיוניים מתנתקים במים ויוצרים קטיון אורגני מפותח - נשא של פעילות פני השטח. אלה כוללים אמינים אליפטים וארומטיים (ראשוניים, משניים ושלישוניים) ומלחיהם, בסיסי טטרה-אמוניום, נגזרות פירידין וכו'.

ניתן להשיג אמינים שומניים מאלקילידים על ידי תגובה עם אמוניה (או אמינים נמוכים יותר), מחומצות שומן או נגזרותיהן (אמידים ומלחי אמוניום), וגם על ידי אמונוליזה של אלכוהול שומני. אמינים מתנתקים ומפגינים פעילות פני השטח בעיקר בסביבות חומציות. הומולוגים גבוהים יותר, למשל אוקטדצילאמין, אינם מסיסים במים, אך הם פעילי שטח מסיסים בשמן.

מלחים של בסיסי אמוניום רבעוניים)