Pred izumom mila so maščobo in umazanijo s kože odstranjevali s pepelom in drobnim rečnim peskom. Egipčani so se umivali s pasto na osnovi čebeljega voska, zmešanega z vodo. V starem Rimu so pri pranju uporabljali fino mleto kredo, plovec in pepel. Očitno Rimljanom ni bilo nerodno, da je bilo s takšnimi umivanji skupaj z umazanijo mogoče "postrgati" tudi del kože. Zasluge za izum mila verjetno pripadajo galskim plemenom. Po Pliniju Starejšem so Galci iz maščobe in pepela bukve izdelovali mazilo, ki so ga uporabljali za barvanje las in zdravljenje kožnih bolezni. In v II stoletja so ga začeli uporabljati kot detergent.
Krščanska vera je umivanje telesa štela za »grešno« dejanje. Mnogi »svetniki« so bili znani le po tem, da se celo življenje niso umivali. Toda ljudje že dolgo opažajo škodo in zdravstvena tveganja onesnaženosti kože. Že v 18. stoletju se je izdelovanje mila uveljavilo v Rusiji, še prej pa v številnih evropskih državah.
Tehnologija izdelave mila iz živalskih maščob se je razvijala skozi stoletja. Najprej se naredi maščobna mešanica, ki se stopi in umili – prekuha z alkalijami. Za hidrolizo maščobe v alkalnem mediju vzamemo malo stopljene svinjske masti, približno 10 ml etilnega alkohola in 10 ml raztopine alkalije. Tu dodamo tudi sol in nastalo zmes segrevamo. Tako nastaneta milo in glicerin. Sol je dodana za oborino glicerina in kontaminantov. V milni masi nastaneta dve plasti - jedro (čisto milo) in milna tekočina. .
Dobite tudi milo v industriji.
Umiljenje maščob lahko poteka tudi v prisotnosti žveplove kisline (kislinsko umiljenje). Pri tem nastanejo glicerol in višje karboksilne kisline. Slednje se z delovanjem alkalije ali sode pretvorijo v mila. Surovine za izdelavo mila so rastlinska olja (sončnična, bombaževa itd.), Živalske maščobe, pa tudi natrijev hidroksid ali natrijev pepel. Rastlinska olja so predhodno hidrogenirana, to je, da se pretvorijo v trdne maščobe. Uporabljajo se tudi nadomestki maščob - sintetične karboksilne maščobne kisline z veliko molekulsko maso. Proizvodnja mila zahteva velike količine surovin, zato je naloga pridobivanje mila iz neživilskih izdelkov. Karboksilne kisline, potrebne za proizvodnjo mila, se pridobivajo z oksidacijo parafina. Z nevtralizacijo kislin, ki vsebujejo od 9 do 15 atomov ogljika v molekuli, dobimo toaletno milo, iz kislin, ki vsebujejo od 16 do 20 atomov ogljika, pa milo za pranje perila in milo za tehnične namene.
Sestava mila
Konvencionalna mila so sestavljena predvsem iz mešanice soli palmitinske, stearinske in oleinske kisline. Natrijeve soli tvorijo trdna mila, kalijeve soli pa tekoča mila.
Milo - natrijeve ali kalijeve soli višjih karboksilnih kislin,
pridobljeno kot posledica hidrolize maščob v alkalnem mediju
Strukturo mila lahko opišemo s splošno formulo:
R - COOM
kjer je R ogljikovodikov radikal, je M kovina.
Prednosti mila:
a) enostavnost in enostavna uporaba;
B) dobro odstrani sebum
B) ima antiseptične lastnosti
Slabosti mila in njihova odprava:
pomanjkljivosti |
načine za odpravo |
1. Slaba sposobnost čiščenja v trdi vodi, ki vsebuje topne kalcijeve in magnezijeve soli. Ker se v tem primeru oborijo v vodi netopne soli višjih karboksilnih kislin kalcija in magnezija. Tisti. to zahteva veliko porabo mila. |
1. V sestavo mila so vnesene snovi, ki tvorijo komplekse, ki pomagajo mehčati vodo (natrijeve soli etilendiamin-tetraocetne kisline - EDTA, EDTA, DTPA). |
2. V vodnih raztopinah je milo delno hidrolizirano, tj. sodeluje z vodo. V tem primeru nastane določena količina alkalije, ki prispeva k razgradnji sebuma in njegovemu odstranjevanju. Kalijeve soli višjih karboksilnih kislin (t.i. tekoče milo) se bolje topijo v vodi in imajo zato močnejši detergentni učinek. Toda hkrati škodljivo vpliva na kožo rok in telesa. To je posledica dejstva, da ima zgornja najtanjša plast kože rahlo kislo reakcijo (pH = 5,5) in zaradi tega preprečuje prodiranje patogenih bakterij v globlje plasti kože. Umivanje z milom povzroči kršitev pH (reakcija postane rahlo alkalna), odprejo se pore kože, kar vodi do zmanjšanja naravne zaščitne reakcije. Če milo uporabljate prepogosto, se koža izsuši, včasih se vname. |
2. Za zmanjšanje tega negativnega vpliva so dodane sodobne sorte mila: - šibke kisline (citronska kislina, borova kislina, benzojska kislina itd.), Ki normalizirajo pH - kreme, glicerin, vazelinovo olje, palmovo olje, kokosovo olje, dietanolamidi kokosovega in palmovega olja itd. za mehčanje kože in preprečevanje vstopa bakterij v kožne pore. |
Struktura mila- natrijev stearat.
Molekula natrijevega stearata ima dolg nepolarni ogljikovodikov radikal (označen z valovito črto) in majhen polarni del:
Molekule površinsko aktivnih snovi na mejni ploskvi so nameščene tako, da so hidrofilne skupine karboksilnih anionov usmerjene v vodo, medtem ko so ogljikovodikovo hidrofobne potisnjene iz nje. Posledično je površina vode prekrita s palisado površinsko aktivnih molekul. Takšna vodna površina ima nižjo površinsko napetost, kar prispeva k hitremu in popolnemu omočenju kontaminiranih površin. Z zmanjšanjem površinske napetosti vode povečamo njeno močilno sposobnost.
Površinsko aktivne snovi (površinsko aktivne snovi) se pogosto uporabljajo v kozmetiki. Po njihovi zaslugi šamponi in geli za tuširanje očistijo kožo umazanije, kozmetične emulzije pa ostanejo stabilne in ne razpadejo v mastne vodne faze. Vse bi bilo v redu, toda površinsko aktivne snovi imajo poleg uporabnih tehničnih lastnosti tudi slabo stran - lahko kožo posušijo in dražijo.
1. Površinsko aktivne snovi so emulgatorji in čistilna sredstva
Emulgatorji so sestavine, ki se jim ni mogoče odpovedati, če želi proizvajalec ustvariti emulzijo, sestavljeno iz olja in vode. Brez emulgatorjev se bo ločil v dve fazi in to ne samo, da ni estetsko prijetno, ampak tudi ustvarja ugodno okolje za mikrobe, ki se lahko naselijo na meji vodnih in oljnih plasti. Poleg tega se spremeni narava porazdelitve aktivnih komponent, ki lahko celo izgubijo svojo aktivnost.
Najmočnejši emulgatorji so površinsko aktivne snovi (tenzidi). Njihova glavna naloga je razgradnja umazanije (maščob) pri umivanju, umivanju las, umivanju kože. Prav površinsko aktivne snovi tvorijo peno v čistilih.
2. Površinsko aktivne snovi čistijo kožo in lase
Površinsko aktivne snovi v sestavi mil, šamponov, gelov za prhanje se absorbirajo na površino onesnaževalcev (maščoba, umazanija), vdelane v njih, jih zdrobijo v majhne kapljice in tako olajšajo odstranitev teh delcev. Težava je v tem, da površinsko aktivne snovi ne vidijo razlike med "odpadnimi maščobami" in naravnimi olji kože. Zato lahko vsaka površinsko aktivna snov, ki "dobro očisti" kožo, povzroči suho in razdraženo kožo.
3. Površinsko aktivne snovi lahko dražijo kožo
Ko površinsko aktivne snovi vstopijo v kožo, celice stratum corneuma povrhnjice nabreknejo in njihova prepustnost za aktivne sestavine se poveča. Po eni strani močneje kot stratum corneum nabrekne, bolje in hitreje se očisti. Po drugi strani pa lahko površinsko aktivne snovi pri visokih koncentracijah poškodujejo lipide stratum corneuma. Poleg tega koža postane prepustna ne le za koristne sestavine, ampak tudi za dražilne - če so nenadoma v sestavi izdelka.
4. Površinsko aktivne snovi je mogoče dobiti iz treh virov
- rastlinske surovine (naravni izvor)
- iz nafte in plina (mineralni izvor)
- sintetizirati v laboratoriju (sintetičnega izvora)
5. Površinsko aktivne snovi so različne
Anionske površinsko aktivne snovi- ena najpogostejših čistilnih komponent. Dobro čisti tudi v trdi vodi. V to kategorijo spadata natrijev lavril in lavret sulfat (SLS, SLES). Trenutno kozmetična industrija uporablja novo generacijo anionskih površinsko aktivnih snovi, ki nimajo takšnega sušilnega učinka kot SLS. Na primer, natrijev lavroil sarkozinat, natrijev lavroil ovsene aminokisline.
Kationske površinsko aktivne snovi- imajo šibek pralni učinek, vendar lahko dražijo kožo bolj kot anionske površinsko aktivne snovi. Zato se najpogosteje uporabljajo kot mehčalni dodatek in za odstranjevanje statične elektrike v izdelkih, ki se sperejo z las (Cetrimonium chloride, Quaternium-15)
Amfoterne površinsko aktivne snovi- imajo blag čistilni učinek, zmanjšajo agresiven učinek anionskih površinsko aktivnih snovi, izboljšajo penjenje. Iz skupine amfoternih površinsko aktivnih snovi se najpogosteje uporabljajo derivati betaina (kokoaminopropil betain). Amfoterne površinsko aktivne snovi so pridobljene iz maščobnih kislin kokosovega olja, olja palmovih jedrc, sončničnega, sojinega in repičnega olja ter hidrolizatov kolagena, keratina, elastina in drugih beljakovin.
Neionske površinsko aktivne snovi- imajo šibek dražilni učinek na kožo, se malo penijo, zato jih pogosto kombiniramo z anionskimi površinsko aktivnimi snovmi. Kot del šamponov in balzamov se uporabljajo za svilnato in mehkobo las. Najpopolnejšo biorazgradljivost imajo neionske površinsko aktivne snovi (Gliceril laurat, Decil glukozid)
Seznam nekaterih blagih površinsko aktivnih snovi, ki se uporabljajo v naravni kozmetiki
Koko-glukozid - kokosov glukozid
Mehka penilna snov, ki jo pridobivajo iz posušenega kokosovega mesa in sadnega sladkorja. Uporablja se kot penilo, balzam in emulgator. V izdelkih za lase - gladi strukturo las, daje volumen. Stranski učinki kokosovega glukozida niso bili ugotovljeni, lahko se uporablja za kateri koli tip kože in za otroško kozmetiko.
Lauril glukozid - lavril glikozid
Sintetizirano iz naravnih surovin v procesu rektifikacije rastlinskih maščob (kokosovo olje in glukoza). V kozmetiki deluje kot emulgator, dispergator, naravni penilec, povečuje viskoznost konsistence. Ima blag čistilni učinek, uporablja se v izdelkih za dojenčke in izdelkih za intimno higieno. V gelih, kremah kožo očisti in mehča, v šamponih poskrbi za rahel negovalni učinek in olajša kasnejše oblikovanje las.
Natrijev kokoamfoacetat - natrijev kokoamfoacetat
Površinsko aktivna snov, pridobljena iz maščobnih kislin kokosovega olja (kokosova kislina). V kozmetologiji se uporablja kot sredstvo za penjenje, ima blage detergentne lastnosti. Ustvari prijetno konsistenco izdelka. Običajno se uporablja kot sestavina tekočih čistil, gelov, šamponov. V izdelkih za lase - poveča elastičnost, izboljša strukturo poškodovanih las, doda sijaj.
Natrijev kokoil glutamat - natrijev glutamat kokoil
Surfaktant, ki je spojina glutaminske kisline.
V kozmetologiji se uporablja kot penilo, blag detergent, emulgator. Pogosto se uporablja v čistilih in šamponih za lase, ustvarja občutek mehkobe, navlaženosti kože in ima negovalni učinek.
Natrijev lavril sarkozinat - natrijev lavril sarkozinat
Pridobiva se iz sarkozina, naravne aminokisline, ki jo najdemo v sadju in zelenjavi.
V kozmetiki se pogosto uporablja kot blago sredstvo za penjenje, površinsko aktivno sredstvo in balzam. Blago čistilo, ki je nežno do kože, hkrati pa učinkovito odstranjuje umazanijo, bakterije in sebum. Ne draži niti občutljive kože. Pri negi las jim povrne živahnost in sijaj ter jih nežno očisti in izboljša strukturo.
Natrijev lavril glukoza karboksilat - lavril glukozid karboksilaza
Naravna alternativa agresivnim površinsko aktivnim snovem. Zelo blag naravni penilec, ki ustvari homogeno konsistenco izdelka, pridobljenega z reakcijo kokosovega in palmovega olja s sladkorjem in škrobom. V kozmetiki se pogosto uporablja v izdelkih za umivanje in čiščenje kože, v šamponih za lase. Pri uporabi te snovi niso bile ugotovljene negativne in alergijske reakcije.
Saharoza kokoat - saharoza kokoat
Naravna snov, pridobljena iz maščobnih kislin kokosovega olja in estra saharoze. Končna tekočina ima viskozno konsistenco in svetlo rumeno barvo, ima izrazite vlažilne in mehčalne lastnosti. Saharoza kokoat absorbira vodo in ob nanosu na kožo ohranja optimalno raven vlage v njej.
Pogosto se uporablja v čistilih (geli, pene, mleka za odstranjevanje ličil) in vlažilcih.
Viri:
“Osnove kozmetične kemije”, T. Pučkova
“Nova kozmetologija”, A. Margolina, E. Hernandez
Površinsko aktivne snovi imajo polarno (asimetrično) molekularno strukturo, se lahko adsorbirajo na meji med dvema medijema in zmanjšajo prosto površinsko energijo sistema. Čisto majhni dodatki površinsko aktivnih snovi lahko spremenijo površinske lastnosti delcev in dajo materialu nove kvalitete. Delovanje površinsko aktivnih snovi temelji na pojavu adsorpcije, ki hkrati vodi do enega ali dveh nasprotnih učinkov: zmanjšanja interakcije med delci in stabilizacije vmesnika med njimi zaradi tvorbe medfazne plasti. Za večino površinsko aktivnih snovi je značilna linearna struktura molekul, katerih dolžina bistveno presega prečne dimenzije (slika 15). Molekularni radikali so sestavljeni iz skupin, ki so po svojih lastnostih povezane z molekulami topila, in iz funkcionalnih skupin z lastnostmi, ki se močno razlikujejo od njih. To so polarne hidrofilne skupine, imajo izrazite valenčne vezi in imajo določen učinek na močenje, mazanje in druga dejanja, povezana s konceptom površinske aktivnosti . V tem primeru se zaloga proste energije zmanjšuje s sproščanjem toplote kot posledica adsorpcije. Hidrofilne skupine na koncih nepolarnih ogljikovodikovih verig so lahko hidroksilne - OH, karboksilne - COOH, amino - NH 2, sulfo - SO in druge močno medsebojno povezane skupine. Funkcionalne skupine so hidrofobni ogljikovodikovi radikali, za katere so značilne sekundarne valenčne vezi. Hidrofobne interakcije obstajajo neodvisno od medmolekularnih sil in so dodaten dejavnik, ki prispeva k konvergenci, "lepljenju" nepolarnih skupin ali molekul. Adsorpcijska monomolekularna plast površinsko aktivnih molekul je usmerjena s prostimi konci ogljikovodikovih verig iz
površino delcev in jo naredi nemočljivo, hidrofobno.
Učinkovitost posameznega površinsko aktivnega dodatka je odvisna od fizikalno-kemijskih lastnosti materiala. Površinsko aktivna snov, ki ima učinek v enem kemijskem sistemu, lahko nima učinka ali ima nasprotni učinek v drugem. Pri tem je zelo pomembna koncentracija površinsko aktivne snovi, ki določa stopnjo nasičenosti adsorpcijske plasti. Včasih visokomolekularne spojine delujejo podobno kot površinsko aktivne snovi, čeprav ne spremenijo površinske napetosti vode, kot so polivinilalkohol, celulozni derivati, škrob in celo biopolimeri (beljakovinske spojine). Učinek površinsko aktivnih snovi lahko izvajajo elektroliti in v vodi netopne snovi. Zato je zelo težko opredeliti koncept "površinsko aktivne snovi". V širšem smislu se ta koncept nanaša na vsako snov, ki v majhnih količinah opazno spremeni površinske lastnosti disperznega sistema.
Klasifikacija površinsko aktivnih snovi je zelo raznolika in v nekaterih primerih protislovna. Izvedenih je bilo več poskusov razvrščanja po različnih kriterijih. Po Rebinderju so vse površinsko aktivne snovi glede na mehanizem delovanja razdeljene v štiri skupine:
- vlažilna sredstva, sredstva proti penjenju in sredstva za penjenje, tj. aktivna na meji tekočina-plin. Lahko zmanjšajo površinsko napetost vode od 0,07 do 0,03–0,05 J/m2;
– dispergatorji, peptizatorji;
– stabilizatorji, adsorpcijski mehčalci in razredčila (zmanjševalci viskoznosti);
- detergenti, ki imajo vse lastnosti površinsko aktivnih snovi.
V tujini se pogosto uporablja klasifikacija površinsko aktivnih snovi glede na njihov funkcionalni namen: razredčila, vlažilna sredstva, disperganti, deflokulanti, sredstva za penjenje in odstranjevanje pene, emulgatorji in stabilizatorji disperznih sistemov. Sproščajo se tudi veziva, mehčala in maziva.
Po kemijski strukturi so površinsko aktivne snovi razvrščene glede na naravo hidrofilnih skupin in hidrofobnih radikalov. Radikale delimo v dve skupini – ionske in neionske, prvi so lahko anionski in kationski.
Neionske površinsko aktivne snovi vsebujejo neionizirajoče končne skupine z visoko afiniteto do disperzijskega medija (vode), ki običajno vključujejo atome kisika, dušika in žvepla. Anionske površinsko aktivne snovi so spojine, v katerih je del aniona, ki nastane v vodni raztopini, dolga ogljikovodikova veriga molekul z nizko afiniteto do disperzijskega medija. Na primer, COOH je karboksilna skupina, SO 3 H je sulfo skupina, OSO 3 H je etrska skupina, H 2 SO 4 itd. Anionske površinsko aktivne snovi vključujejo soli karboksilnih kislin, alkil sulfate, alkil sulfonate itd. Kationske snovi tvorijo katione, ki vsebujejo dolg ogljikovodikov radikal v vodnih raztopinah. Na primer, 1-, 2-, 3- in 4-substituirani amonij itd. Primeri takšnih snovi so lahko aminske soli, amonijeve baze itd. Včasih se razlikuje tretja skupina površinsko aktivnih snovi, ki vključuje amfoterne elektrolite in amfolitične snovi, ki glede na naravo disperzne faze lahko kažejo tako kisle kot bazične lastnosti. Amfoliti so netopni v vodi, vendar aktivni v nevodnih medijih, kot je oleinska kislina v ogljikovodikih.
Japonski raziskovalci predlagajo razvrstitev površinsko aktivnih snovi glede na njihove fizikalno-kemijske lastnosti: molekulsko maso, molekulsko strukturo, kemično aktivnost itd. Želataste lupine na trdnih delcih, ki nastanejo zaradi površinsko aktivnih snovi kot posledica različnih usmeritev polarnih in nepolarnih skupin, lahko povzročijo različni učinki: utekočinjenje; stabilizacija; disperzija; odstranjevanje pene; vezivno, plastifikacijsko in mazalno delovanje.
Pozitivno deluje površinsko aktivna snov le v določeni koncentraciji. Mnenja glede optimalne količine površinsko aktivnih snovi, ki jih je treba uvesti, so zelo različna. P. A. Rebinder poudarja, da za delce
1–10 µm, zahtevana količina površinsko aktivne snovi mora biti 0,1–0,5 %. Drugi viri navajajo vrednosti 0,05–1 % ali več za različne finosti. Za ferite je bilo ugotovljeno, da je za tvorbo monomolekularne plasti med suhim mletjem površinsko aktivnih snovi potrebno vzeti 0,25 mg na 1 m 2 specifične površine začetnega izdelka; za mokro mletje - 0,15–0,20 mg / m 2. Praksa kaže, da je treba koncentracijo površinsko aktivnih snovi v vsakem primeru izbrati eksperimentalno.
V tehnologiji keramičnih SEM ločimo štiri področja uporabe površinsko aktivnih snovi, ki omogočajo intenziviranje fizikalno-kemijskih sprememb in transformacij v materialih ter njihovo kontrolo med sintezo:
– intenzifikacija procesov finega mletja praškov za povečanje disperznosti materiala in zmanjšanje časa mletja, ko je dosežena navedena disperznost;
– uravnavanje lastnosti fizikalno-kemijskih disperznih sistemov (suspenzije, brozge, paste) v tehnoloških procesih. Pri tem so pomembni procesi utekočinjenja (ali zmanjšanja viskoznosti s povečanjem fluidnosti brez zmanjšanja vsebnosti vlage), stabilizacije reoloških lastnosti, odstranjevanja pene v disperznih sistemih itd.;
– nadzor procesov nastajanja plamenov pri škropilnih suspenzijah ob doseganju predpisanih dimenzij, oblike in razpršenosti škropiva;
- povečanje plastičnosti oblikovalnih mas, zlasti tistih, pridobljenih pod vplivom povišanih temperatur, in gostote izdelanih surovcev zaradi vnosa kompleksa veziv, mehčalcev in maziv.
Sposobnost površinsko aktivnih snovi, da med adsorpcijo na fazni meji radikalno spremenijo svoje lastnosti in s tem vplivajo na številne pomembne lastnosti disperznih sistemov, se pogosto uporablja na različnih področjih tehnike in v številnih tehnoloških procesih. V tem primeru se lahko vpliv površinsko aktivnih snovi bistveno razlikuje glede na kemijsko naravo in strukturo sosednjih faz in molekul površinsko aktivnih snovi, pogojev njihove uporabe. Po Rehbinderju (10J) lahko ločimo štiri skupine površinsko aktivnih snovi glede na fizikalno-kemijski mehanizem njihovega vpliva na fazno mejo in disperzni sistem kot celoto.Naj na kratko opišemo te glavne skupine.
I. Snovi, ki so površinsko aktivne le (ali predvsem) na meji voda-zrak. Sem spadajo srednji in višji homologi alifatskih alkoholov in kislin ter kompleksnejše naravne snovi. Površinsko aktivne snovi iz te skupine so zmerno delujoča omočila – z zmanjšanjem površinske napetosti vode na meji z zrakom (glej III.2); lahko se uporabljajo tudi kot penila, predvsem za tvorbo nizko stabilnih pen (pri flotaciji). Nekatere močno površinsko aktivne snovi iz te skupine (oktil, izoamil alkoholi itd.) se uporabljajo tudi kot sredstva za odstranjevanje pene (glej poglavje VIII.2).
II. Snovi raznolike narave, površinsko aktivne na različnih mejah kondenziranih faz (trdno-tekoče, tekoče-tekoče). Površinsko aktivne snovi te skupine v pogojih močnega zmanjšanja A na medfazni meji prispevajo k razvoju novih faznih mejnih površin v procesih destrukcije, disperzije in predelave trdnih snovi (glej poglavje VI, IX) in emulgiranja tekočin. Takšne površinsko aktivne snovi lahko glede na delovanje združimo pod splošnim imenom disperzanti. Snovi, ki spadajo v to skupino površinsko aktivnih snovi, omogočajo tudi nadzor selektivnega vlaženja (glej poglavje III.2).
Za obe skupini je značilna odsotnost sposobnosti površinsko aktivnih molekul, da tvorijo prostorske gelaste strukture tako v volumnu faz kot na njihovi meji.
III. Površinsko aktivne snovi s sposobnostjo tvorbe gelastih struktur, tj. do določene mere podobnih trdnim snovem (glej poglavje VII.5) v adsorpcijskih plasteh in volumnih
v fazah. Vendar pa v nekaterih primerih tukaj vključene površinsko aktivne snovi morda nimajo visoke površinske aktivnosti. Večina površinsko aktivnih snovi, ki spadajo v to skupino, so makromolekularne, naravne ali sintetične snovi pretežno kompleksne strukture, z velikim številom polarnih skupin (proteini, glukozidi, celulozni derivati, polivinilalkohol itd.). Takšne snovi se uporabljajo kot zelo učinkoviti stabilizatorji zmerno koncentriranih disperznih sistemov različne narave: pene, emulzije, suspenzije. Površinsko aktivne snovi te skupine lahko delujejo kot plastifikatorji visoko koncentriranih disperzij (past). Mehanizem delovanja teh snovi je obravnavan v pogl. VII-IX.
IV. Površinsko aktivne snovi z detergentnim delovanjem. Združujejo funkcije vseh treh prejšnjih skupin površinsko aktivnih snovi in so poleg tega sposobne spontane tvorbe termodinamično stabilnih koloidnih delcev v glavnini tekoče faze (tvorba micelov v raztopinah površinsko aktivnih snovi, glej poglavje VI) in vključitve pralnih delcev. onesnaževalcev v jedro micelov (solubilizacija, glej spodaj). To vključuje različne anionske, kationske in neionske površinsko aktivne snovi od tistih, ki so omenjene kasneje v tem odstavku.
Po kemijski strukturi lahko površinsko aktivne snovi razdelimo v dva velika razreda. Po eni strani so to organske površinsko aktivne snovi z amfifilnimi molekulami, ki so univerzalno površinsko aktivne na večini medfaznih meja (seveda pod temperaturo njihove razgradnje), vendar običajno zagotavljajo le relativno majhno znižanje A(za 30-40 mJ / m 2). Po drugi strani pa so to najrazličnejše, predvsem anorganske snovi, ki kažejo selektivno, a pogosto zelo visoko površinsko aktivnost glede na dano specifično mejo, ki lahko povzroči zelo močno zmanjšanje a tukaj (kovine z nizkim tališčem glede na nekatere bolj ognjevzdržne, voda glede na številne soli itd.).
Posebno mesto zavzemajo organosilicij in druge organoelementarne površinsko aktivne snovi, ki imajo povečano termično stabilnost in druge lastnosti, ki omogočajo njihovo uporabo v ekstremnih pogojih (visoke temperature in pritiski, agresivni mediji). Spojine s fluoriranimi (vključno s perfluoriranimi) radikali, ki lahko močneje znižajo o kot običajne površinsko aktivne snovi z ogljikovodikovo hidrofobnimi radikali, začnejo zavzemati pomembno mesto v sodobnem izboru površinsko aktivnih snovi.
Seveda se lahko razvrstitve površinsko aktivnih snovi lotimo z različnih zornih kotov in zgornja delitev na štiri skupine po mehanizmu delovanja ni izčrpna (lahko se med seboj prekrivajo in manifestirajo skupaj). Upoštevajte, da je bila takšna delitev načeloma oblikovana za običajne organske površinsko aktivne snovi; hkrati pa se lahko v določeni meri razširi tudi na druge snovi, predvsem na predstavnike skupine II - disperzanti (glej poglavje IX.4).
Opis lastnosti in uporabe površinsko aktivnih snovi na različnih področjih industrije, kmetijstva, medicine itd., Podatki o surovinah, sintezi in proizvodnji površinsko aktivnih snovi so na voljo v razpoložljivi referenčni in monografski literaturi *.
Glavni razredi sintetičnih organskih površinsko aktivnih snovi so naslednji: alkinbenzen sulfonati, alkil sulfati, olefinsulfonati, oksietilirane površinsko aktivne snovi, blok kopolimeri, kvarterne amonijeve baze.
Glavne značilnosti, ki določajo obseg proizvodnje nekaterih površinsko aktivnih snovi, so poleg njihovih fizikalnih in kemijskih lastnosti njihova cena, razpoložljivost virov surovin in okoljska varnost, za katero je značilna predvsem biorazgradljivost -čas zmanjšanja koncentracije površinsko aktivne snovi v določenem številu krat. Problem sintetiziranja visoko biološko razgradljivih PAB je zdaj postal še posebej aktualen. To je zlasti posledica dejstva, da površinsko aktivne snovi, ki se koncentrirajo v adsorpcijskih plasteh na površini vodnih teles, spremenijo življenjske pogoje različnih organizmov, na primer zaradi sprememb v procesih izmenjave kisika. Pomembna nevarnost za okolje je tvorba stabilne pene med adsorpcijo površinsko aktivnih snovi na površini vode, v čistilnih filtrih itd. Ugotovljeno je bilo, da imajo površinsko aktivne snovi z linearno ogljikovodikovo verigo najvišjo stopnjo biorazgradnje, medtem ko imajo površinsko aktivne snovi z aromatsko in razvejeno verigo. alifatski radikali, zlasti tisti s kvarternimi ogljikovimi atomi, so slabo dovzetni za napad mikrobov. Uporaba parafinskih surovin za sintezo linearnih površinsko aktivnih snovi je torej pomemben okoljski vidik proizvodnje in uporabe površinsko aktivnih snovi.
Organske površinsko aktivne snovi z amfifilno strukturo po kemični naravi delimo na anionske, kationske, amfolitične in neionske. Prevladujoč položaj med površinsko aktivnimi snovmi, proizvedenimi v svetu, zavzemajo najcenejše in dokaj vsestranske anionske površinsko aktivne snovi, ki predstavljajo vsaj 60% svetovne proizvodnje; do 30 % je neionskih površinsko aktivnih snovi, ~ 10 % je kationskih in le delčki odstotka so sintetične amfolitske površinsko aktivne snovi.
Anionske površinsko aktivne snovi so organske spojine, ki z disociacijo v vodi tvorijo anion z dolgim ogljikovodikovim radikalom - nosilcem površinske aktivnosti; medtem ko kation na meji voda-zrak ni površinsko aktiven. Anionske površinsko aktivne snovi vključujejo naslednje spojine.
Soli karboksilnih kislin (mila) s splošno formulo RCOO - Me + , kjer je R organski radikal Cg - C20; Me + - Na + (v trdnih milih), K + (v tekočini) ali NH 4. Takšne površinsko aktivne snovi se odlikujejo po zadostni preprostosti proizvodne tehnologije (zato sorazmerno nizki stroški) in, kar je zelo pomembno, popolni biorazgradljivosti. Mila karboksilnih kislin imajo dober pralni učinek le v alkalnem okolju, v kislem (zaradi tvorbe težko topnih maščobnih kislin) in v trdi vodi (zaradi tvorbe netopnih kalcijevih in magnezijevih soli) pa pranje sposobnost teh površinsko aktivnih snovi je nizka.
Dolgo časa so bile glavne surovine za njihovo proizvodnjo naravne maščobe - estri glicerola in različnih maščobnih kislin, katerih umiljenje so običajno uporabljali za pridobivanje mila karboksilnih kislin. Potreba po ogromni porabi dragocenih živilskih surovin je zahtevala razvoj proizvodnje sintetičnih maščobnih kislin (FFA). FFA normalne strukture, ki vsebujejo 10-20 ogljikovih atomov na molekulo, se pridobivajo z več metodami (glej spodaj) in se pogosto uporabljajo v proizvodnji površinsko aktivnih snovi.
Alkilarilsulfonati (najpogosteje alkilbenzensulfonati), soli aromatskih sulfonskih kislin s splošno formulo RArSOJMe*, so najcenejše in najlažje dostopne sintetične površinsko aktivne snovi. Sestavljajo se -70% vse proizvedene anionske površinsko aktivne snovi (več kot 100 artiklov). Prisotnost močnega kislega aniona v njihovi molekuli zagotavlja disociacijo in s tem dober učinek pranja takšnih površinsko aktivnih snovi v alkalnem in kislem okolju ter v trdi vodi.
Običajno se alkilbenzen sufonati pridobivajo z alkilacijo benzena s kloroalkani ali olefini, čemur sledi sulfonacija in nevtralizacija. Do leta 1964 je bila glavna alifatska surovina tako imenovani propilen tetramer, zmes izomernih olefinov Cu-Cu, med katerimi je veliko spojin z razvejano verigo. Iz te surovine pridobljen natrijev tetrapropilenbenzensulfonat, ki so ga zaradi izredno slabe biološke razgradljivosti proizvajali v Nemčiji že med prvo svetovno vojno (sl.
riž. enajst
/- natrijev tetrapropilenbenzensulfonat; 2- linearni alkilbenzen sulfonati; 3- linearni alkil sulfati
II-28, krivina JAZ) trenutno prepovedan za uporabo v večini razvitih držav sveta, njegova proizvodnja pa je praktično prenehala.
V zvezi s tem je bila razvita proizvodnja alkilbenzen sulfonatov z linearno strukturo alkilnega radikala. Takšne spojine se v biosferi hitreje razgradijo (slika II-28, krivulja 2). V tem primeru kot surovina za alkilacijo benzena služijo običajni parafini, ki so izolirani zlasti iz frakcij olja z nizkim vreliščem (kerozin).
V to skupino površinsko aktivnih snovi spadajo tudi natrijevi propil- in butilnaftalensulfonati (nekalijevi).
Alkilsulfati - soli estrov žveplove kisline; splošna formula je ROSOjMe + (R običajno Xu - Xu). Površinsko aktivne snovi te skupine so zelo obetavne z okoljskega vidika (slika II-28, krivulja J), vendar so dražje od alkilarilsulfonatov. Lahko jih pridobimo tako iz višjih maščobnih alkoholov (HFA) s sulfoesterifikacijo, ki ji sledi nevtralizacija, kot iz dolgoverižnih olefinov z neposrednim dodatkom žveplove kisline na dvojno vez in kasnejšo nevtralizacijo.
Alkilsulfonati - RSOJMe * (R običajno Сu - С 2 o) - obetavna skupina površinsko aktivnih snovi z dobrim detergentnim delovanjem v pogojih različnih pH in v trdi vodi ter dobro biološko razgradljivostjo. Pridobivajo se s sulfokloriranjem ali sulfooksidacijo višjih parafinov, ki mu sledi nevtralizacija. Med obetavnimi anionskimi površinsko aktivnimi snovmi velja omeniti tudi olefin sulfonate.
Anionske površinsko aktivne snovi vključujejo tudi snovi, katerih molekule vsebujejo druge vrste anionskih skupin: fosfati - soli delnih estrov fosforne kisline, različne soli tiosulfonske kisline, ksantati, tiofosfati itd. Anionske površinsko aktivne snovi se uporabljajo kot vlažilna sredstva, glavne sestavine detergentov ( detergenti), sredstva za penjenje; so glavne površinsko aktivne snovi, ki tvorijo micele (glej poglavje VI), z največjim obsegom in obsegom proizvodnje. Najbolj aktivne anionske površinsko aktivne snovi kažejo svoje lastnosti v alkalnih medijih, čeprav jih je mogoče uporabiti tudi v kislih, na primer pri obdelavi kovin s kislinami za odstranitev oksidnega filma.
Kationske površinsko aktivne snovi disociirajo v vodi s tvorbo razvitega organskega kationa - nosilca površinske aktivnosti. Sem spadajo alifatski in aromatski amini (primarni, sekundarni in terciarni) in njihove soli, tetrasubstituirane amonijeve baze, derivati piridina itd.
Maščobne amine lahko dobimo iz alkilhalogenidov z reakcijo z amoniakom (ali nižjimi amini), iz maščobnih kislin ali njihovih derivatov (amidi in amonijeve soli), pa tudi z amonolizo maščobnih alkoholov. Amini disociirajo in kažejo površinsko aktivnost predvsem v kislih medijih. Višji homologi, kot je oktadecilamin, so netopni v vodi, vendar so površinsko aktivne snovi, topne v olju.
kvarterne amonijeve soli)