При производстве ИСК кроме вяжущих веществ, заполнителей и наполнителей широкое применение находят добавочные вещества в смесях, именуемые добавками.

На стадиях технологического производства они:

- облегчают выполнение операций;

Снижают количество затрачиваемой энергии;

Уменьшают расход дорогостоящих компонентов;

Снижают материалоемкость;

Способствуют обеспечению необходимых показателей свойств материала;

Благоприятствуют ускорению или замедлению процессов структурообразования и отвердевания.

На стадии эксплуатации конструкций добавки, введенные ранее ИСК призваны:

Упрочнить, стабилизировать структуру материала;

Максимально тормозить неизбежную деструкцию, возникающую и развивающуюся в материале под влиянием внешней среды и внутренних самопроизвольных явлений.

Основное функциональное назначение добавок, и этим они отличаются от заполнителей и наполнителей, заключается в том, что они всегда достаточно активно взаимодействуют с одним или несколькими компонентами смесей в процессе формирования структуры вяжущей части или макроструктуры ИСК. В результате реакции возникают новые соединения, которых ранее не было в смеси, причем добавки или полностью расходуются, или утрачивают свои индивидуальные признаки. Понятно, что при избыточном количестве добавки могут частично остаться в смеси и в сформированном материале без каких- либо изменений, что не является желательным.

Поверхностно-активнымивеществами (ПАВ ) называют такие химические соединения, которые адсорбируются на поверхностях раздела жидкостей и твердых тел и влияют на их физико-химические или химические свойства. ПАВ являются, как правило, соединениями, молекулы которых состоят из двух главных частей - радикала и функциональной группы.

Радикал - представляет собой группу атомов , которая при ряде химических превращений неизменна и переходит из молекулы одного соединения в молекулу другого.

Радикалы образуются, например, при отщеплении в молекулах углеводородов органических соединений атомов водорода. Так, если в любом предельном (насыщенном) соединении, относящемся к классу парафинов типа C n H 2 n +2 , отщепляется атом водорода, то оставшаяся группа атомов C n H 2 n +1 является алифатическим (жирным) радикалом

Н - С - С - …- С -, который обозначается буквой R.

Место отщепленного водорода в молекуле может занять другой атом или группа атомов, обладающих определенными свойствами, связанных со стационарным смещением электронов на атомных орбитах, что обуславливает наличие определенного электрического диполя и дипольного момента всей молекулы. Такие атомы или группы атомов называются функциональными группами .

Наиболее часто встречающиеся в составе ПАВ функциональные группы:

Гидроксильная: (- ОН);

Карбоксильная: (- СООН);

Аминная (амино-группа): (- NН 2);

Нитрогруппа: (- NО 2);

Сульфатогруппа: (- SО 3 H).

По количеству функциональных групп в молекуле ПАВ могут быть одно-, -двух- и многоосновными.

Соединения, в которых алифатический радикал содержит менее 10 атомов углерода , как правило, не обладают поверхностной активностью, т.е. способностью адсорбироваться и понижать поверхностное натяжение жидкостей или поверхностную энергию твердых тел. При содержании в радикале более 10 атомов углерода они обычно поверхностно-активны и называются высшими жирными ПАВ . От типа функциональной полярной группы и структуры радикала зависит растворимость ПАВ в различных растворителях и способность диссоциировать на ионы.

ПАВ, в которых функциональные группы несут положительный заряд, активны в кислой среде и неактивны в щелочной, тогда как ПАВ с отрицательно заряженными функциональными группами, наоборот, активны в щелочной и неактивны в кислой.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПАВ

Принципиально все ПАВ разделяют на две большие группы: иногенные соединения, при растворении в воде диссоциирующие на ионы, и неиногенные, которые на ионы не диссоциируют.

В зависимости от того, какими ионами обусловлена поверхностная активность ионогенных веществ - анионами или катионами , ионогенные вещества подразделяются на анионактивные , катионактивные, амфолитные. Анионактивные ПАВ активны в щелочных растворах, катионактивные - в кислых, амфолитные - в тех и других.

Анионактивные вещества в щелочных растворах, образуя отрицательно заряженные поверхностно-активные ионы (анионы):

RCOONa ↔ RCOO - + Na +

Катионактивные вещества при диссоциации в кислых растворах образуют положительно заряженные поверхностно-активные ионы (катионы):

RNH 3 Cl ↔ RNH 3 + + Cl -

К анионактивным ПАВ относятся: карбоновые кислоты (RCOOH) и их соли (RCOOMe) и др.

К катионактивным ПАВ относятся амины, аммониевые основания:

RNH 2 ; RNH 3 Cl.

Амфолитные ПАВ содержат две функциональные группы, одна из которых имеет кислый, другая - основной характер, например карбоксильную и аминную группу.

В зависимости от среды амфолитные соединения обладают анионными, либо катионными свойствами:

Щелочная среда кислая среда;

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

Анионные свойства катионные свойства.

Неионогенные ПАВ, растворяясь в воде, не образуют ионов.

К группе неиогенных ПАВ относятся продукты оксиэтилирования жирных кислот, спиртов, аминов.

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

КЛАССИФИКАЦИЯ ПАВ ПО МЕХАНИЗМУ ДЕЙСТВИЯ

В зависимости от действия ПАВ в дисперсных системах они делятся на 4 группы:

К первой группе относятся низкомолекулярные, истинно растворимые в воде ПАВ, например спирты. Они являются слабыми смачивателями и пеногасителями.

Ко второй группе относятся ПАВ диспергаторы и эмульгаторы . Адсорбируясь, эффективно понижают свободную поверхностную энергию жидкости или твердого тела и тем самым облегчают процесс образования новых поверхностей и диспергирование. Эти вещества обладают и некоторыми стабилизирующими действиями.

В результате ориентированной адсорбции ПАВ второй группы гидрофобизируют твердые поверхности и, наоборот, гидрофилизируют гидрофобные поверхности. Особенно резко выражен эффект гидрофобизации этих ПАВ, усиливающийся химической связью - фиксацией полярных групп ПАВ на соответствующих участках твердой поверхности.

К ПАВ второго класса относятся жирные кислоты, их водорастворимые соли, катионактивные органические основания и соли.

В третью группу объединены ПАВ, являющиеся хорошими стабилизаторами. Поверхностная активность их сравнительно мала.

Эти ПАВ являются также хорошими адсорбционными пластификаторами - пластифицируют структуру, понижая их прочность и структурную вязкость. В цементных растворах и бетонах это позволяет переходить к жестким и вместе с тем однородным смесям, способствуют равномерности перемешивания, повышает плотность и долговечность (морозостойкость), приводит к повышению прочности и к снижению расхода цемента.

В качестве пластификаторов используют лигносульфонаты кальция (сульфитно-спиртовая барда - ССБ и сульфитно-дрожжевая бражка - СДБ) и т.п.

Четвертая группа ПАВ - это моющие вещества, обладающие высокой поверхностной активностью, смачивающим и гидрофобизирующим действием. Они также эффективные эмульгаторы и стабилизаторы эмульсий. В эту группу входят мыла жирных кислот и аминов.

В строительстве в основном используют поверхностно-активные вещества второй - четвертой групп.

ПАВ для цементобетонных смесей и цементобетона подразделяют на следующие виды:

1. Регулирующие свойства бетонных смесей

1.1. Пластифицирующие 1-4 группы (супер-, сильно-, средне- и слабопластифицирующие). Увеличивают подвижность бетонной смеси, замедляют схватывание бетона и повышают прочность.

1.2. Стабилизирующие. Повышают однородность бетона, снижают проницаемость.

1.3. Водоудерживающие. Увеличивают подвижность смеси, снижают проницаемость и прочность бетона, повышают однородность бетона.

1.4. Улучшающие перекачиваемость. Повышают однородность, снижают водоотделение смеси и прочность бетона.

1.5. Замедляющие схватывание. Увеличивают время подвижности смеси, замедляют схватывание в 2 и более раза при +20°С. Увеличение прочности в дальние сроки твердения.

1.6. Ускоряющие схватывание. Ускоряют схватывание на 20% и более при 20°С. Ускорение твердения.

1.7. Поризующие - для легких бетонов.

1.8. Воздухововлекающие. Повышение удобоукладываемости и морозостойкости, снижение расслаиваемости.

1.9. Пенно- и газообразующие. Пенообразующие добавки обеспечивают получение технической пены. Газообразующие ПАВ способны выделять газ за счет химического взаимодействия с продуктами гидратации цемента.

2. Регулирующие твердение бетона

2.1. Ускоряющие твердение. Повышение прочности в возрасте 1 суток на 20% и более. Замедление набора прочности в более поздние сроки.

2.2 Замедляющие твердение. Снижение прочности бетона на 30% и более в возрасте до 7 суток.

3. Повышающие прочность и (или) коррозионную стойкость, морозостойкость бетона, снижение проницаемости бетона

3.1. Водоредуцирующие (1-4 группы). Снижение расхода воды (на 20-5%). Повышение морозостойкости и коррозионной стойкости.

3.2. Кольматирующие. Повышение марки бетона по водонепроницаемости и коррозионной стойкости.

3.3. Воздухововлекающие и газообразующие. Повышение морозостойкости в 2 и более раза, пластификация смеси.

3.4. Повышающие защитные свойства бетона по отношению к арматуре (ингибиторы коррозии стали). Увеличение подвижности смеси и снижение диффузионной проницаемости бетона.

4. Придающие бетону специальные свойства

4.1. Противоморозные (обеспечивающие твердение при отрицательных температурах).

4.2. Гидрофобизирующие (1-3 групп). Снижение водопоглощения в 1,5-5 раз и более, замедление схватывания.

Введение ПАВ в цементное тесто, растворную или бетонную смесь существенно изменяет их структуру и свойства как в пластичном, так и затвердевшем состоянии. Различные виды ПАВ, отмеченные выше, по-разному меняют свойства бетонной смеси или бетона за счет их адсорбирования на поверхности зерен клинкера и новообразований, а также поверхности каменных материалов.

Изменяется также микроструктура гидратированного цемента в результате развивающегося адсорбционного модифицирования. Поверхность образующихся в цементном тесте и камне кристаллов покрывается адсорбционной пассивирующей пленкой поверхностно-активных веществ, рост кристаллов замедляется и образуется более мелкая кристаллическая структура с изменением самой формы кристаллов.

Таким образом, применяя ПАВ, можно значительно расширить возможности производства асфальто- и цементобетонных смесей. В данном случае основное заключается в правильном выборе материалов и добавок, а также в их дозировании.

Вы можете купить ПАВ (поверхностно-активные вещества) у нас. Звоните: (+38 044) 228-08-72.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.

Благодаря моющим, смачивающим, эмульгирующим, диспергирующим и другим ценным свойствам ПАВ находят широкое применение в производстве моющих и чистящих средств, косметических и фармацевтических препаратов. Латексов. Каучука. Полимеров. Химических средств защиты растений, текстиля, кожи и бумаги, строительных материалах, ингибиторов коррозии, при добыче, транспортировке и переработке нефти и др. Большая часть ПАВ (по оценке 55-60 %) применяется для производства синтетических моющих средств (СМС).

Применяющиеся в настоящее время синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) делятся на 4 класса:

• анионные ПАВ - соединения, которые в водных растворах диссоциируют с образованием анионов, обусловливающих поверхностную активность. Среди них наибольшее значение имеют линейный алкилбензосульфонат, сульфаты и сульфоэфиры жирных кислот;
• амфотерные (амфолитные) ПАВ - соединения, которые в водных растворах ионизируются и ведут себя в зависимости от условий (главным образом от рН - среды), т. е. в кислом растворе проявляют свойства катионных ПАВ, а в щелочном растворе - анионных ПАВ. Среди основных амфотерных ПАВ следует отметить алкилбетаины, алкиламинокарбоновые кислоты, производные алкил имидазолинов, алкиламиноалкансульфонаты.
• неионогенные ПАВ - соединения, которые растворяются в воде, не ионизируясь. Растворимость неионогенных ПАВ в воде обуславливается наличием в них функциональных групп. Как правило, они образуют нитраты в водном растворе вследствие возникновения водородных связей между молекулами воды и атомами кислорода полиэтиленгликолевой части молекулы ПАВ. К ним относятся: полигликолевые эфиры жирных спиртов и кислот, полигликолевые эфиры амидов жирных кислот, ацилированные или алкилированные поли гликолевые эфиры алкиламидов.
• катионные ПАВ - соединения, которые в водном растворе диссоциируют с образованием катионов, определяющих поверхностную активность. Среди катионных ПАВ наибольшее значение имеют четвертичные аммониевые соединения, имидазалины, жирные амины.

Основным сырьем для много тоннажного производства ПАВ - продукты нефтепереработки и нефтехимического синтеза: низкомолекулярные и высшие парафины, олефины, синтетические жирные кислоты, высшие жирные спирты, алкилпроизводные бензола и фенола, окись этилена и др.

Известным является тот факт, что первое ПАВ - мыло - «живет» уже почти 4000 лет, однако в 50-е годы оно уступило свои позиции моющим и чистящим средствам на основе алкилбензолсульфоната. Тем не менее, в мире потребляется ежегодно 9 млн. т мыла. Таким образом, мыло остается наиболее распространенным в мире ПАВ, за ним следует АБС. Мыло, по оценкам стратеги-ческого маркетинга, находится в течение мно-гих лет в так называемой «фазе насыщения». «Фаза дегенерации», наверняка, никогда не наступит, пока живет человечество.

ПАВ в косметике

Понятие «Косметика» объединяет широкий спектр разнообразных про-дуктов, предназначенных для ухода за волосами и телом человека. Это шампу-ни для волос и жидкое мыло; красящие средства для волос; средства для ухо-да за волосами после мытья; ополаски-ватели, бальзамы и т.п.; косметические крема для лица, тела, рук в т. ч. лечебно-профилактического действия.

Современные шампуни — это мно-гофункциональные продукты, которые содержат различные ингредиенты, обес-печивающие мягкость действия, стабиль-ность, пенообразование, улучшающие внешний вид и гриф волос.
Основу сырьевых компонентов шам-пуней составляют поверхностно-актив-ные вещества (ПАВ), а также различ-ные полезные добавки, в т. ч. и биоло-гически активные.
В качестве основных ПАВ использу-ются анионные вещества, которые обес-печивают достаточный моющий эффект и пенообразование при щадящем дей-ствии на кожу и волосы.

Для обычных серийных шампуней анионные ПАВ (алкилсульфаты и алкилэфирсульфаты)
С целью получения «мягких» шам-пуней в смеси с ними применяются алкиламидоэфирсульфаты, сульфосукцинаты, и в меньшей степени, изотионаты, саркозинаты и др.
К вспомогательным ПАВ относят амфотерные, неионные и катионные вещества. Они необходимы в составах шампуней для повышения совместимо-сти основных ПАВ с кожей и волосами, повышения пенообразующих свойств, регулирования вязкости, снижения обез-жиривающего действия. С этой целью широко используются производные имидазолина, бетаины, алкилоламиды, оксиды аминов.
Алкилоламиды, гликолевые эфиры жирных спиртов используются в каче-стве солюбилизаторов для введения от-душек и других гидрофобных компонен-тов (масел, биологически активных ве-ществ).

Катионные, неионные ПАВ, бета-ины используются как кондициониру-ющие агенты, снимающие заряды ста-тического электричества и облегчающие расчесывание сухих и влажных волос.

Наиболее действенными антистатиками являются катионные ПАВ — четвертичные аммониевые соединения, хотя существуют проблемы несовместимос-ти с анионными ПАВ. Однако, в смеси с неионными и амфотерными вещества-ми удается достигнуть желаемого эф-фекта и сохранить стабильность гото-вого продукта.
Окиси аминов, оксиэфиры алкилфосфатов также используются для умягче-ния волос, снижения их электризуемости.

Отдельную группу среди шампуней, жидкого мыла, пен для ванн составляют особо «мягкие» составы, предназначен-ные для детей и взрослых с чувствитель-ной кожей, т. е. составы повышенной мягкости с точки зрения воздействия на ко-жу. Здесь требования к сырью особенно высокие. Чаще всего в качестве актив-ного начала используется смесь алкилэфирсульфатов с амфотерными ПАВ — производными имидазолина, а также бетаины и моноалкилсульфосукцинаты. Такая же основа используется в противоперхотных и лечебных шампунях.

Анионные ПАВ

Основными видами ПАВ, используемых в составе СМС, являются алкилбензосульфонаты с линейной алкильной цепью (ЛАБС) и производные спиртов С12-С15 (этоксилаты, сульфаты, этоксисульфаты спиртов). ЛАБС и сульфаты спиртов, наряду с мылом, относятся к анионным ПАВ, этоксилаты спиртов - к неионогенным (неионным) ПАВ.

Неионные ПАВ

Вторым важным видом ПАВ для СМС являются неионные ПАВ, получаемые оксиэтилированием высших жирных спиртов или алкилфенолов

Наиболее часто используемые неион-ные ПАВ — это оксиэтилаты жирных спиртов, которые могут основываться как на линейном, так и разветвленном спирте. Если этоксилаты на базе длинноцепочечных спиртов (С12-С15) благо-даря лучшей моющей способности боль-ше используются в рецептурах CMC для прачечных, то для чистки твердых по-верхностей предпочтительней исполь-зовать этоксилаты на базе короткоцепочных спиртов (С9-С11). Эти этокси-латы отличаются лучшей смачивающей способностью и краевым углом смачи-вания по отношению к твердым повер-хностям. В целом неионные ПАВ бла-годаря вариабильности их основы и сте-пени оксиэтилирования или пропоксилирования можно идеальным образом подогнать под конкретную задачу. Они, как правило превосходят анионные ПАВ как по чистящему, так и обезжириваю-щему действию и в зависимости от про-филя использования эмульгируют боль-ше или меньше масла и жиры.

Амфотерные ПАВ

Из группы амфотерных ПАВ наиболее часто используют производные бетаина (например, кокаминопропил бетаин)). В сочетании с анионными ПАВ они улучшают пенообразующую способность и повышают безвредность рецептур, а при соединении с катионными полимерами усиливают положительное воздействие силиконов и полимеров на волосы и кожу. Эти производные получают из природного сырья, поэтому они являются достаточно дорогостоящими компонентами.

Мы предлагаем такие поверхностно-активные вещества (ПАВ) :

ПАВ (Поверхностно-активные вещества)

ПАВ (Поверхностно-активные вещества)

– органические соединения, молекулы которых имеют в строении полярную гидрофильную часть (функциональные группы –OH, -COOH, -O и др.) и углеводородную гидрофобную. Таким образом, они растворимы в органических растворителях и воде.

Мицелла

Основная количественная характеристика ПАВ - - способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Но ПАВ имеет предел растворимости ("критическую концентрацию мицеллообразования" или ККМ), с достижением которого при добавлении ПАВ в раствор, концентрация на границе раздела фаз остается постоянной, но в то же время происходит самоорганизация молекул ПАВ в объемном растворе (или агрегация). В результате такой агрегации образуются мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ, при мицеллообразовании также приобретают голубоватый оттенок (студенистый оттенок) за счет преломления света мицеллами.

Среди анионактивных ПАВ наиболее распространены и алкиларилсульфонаты. Оптимальными поверхностно-активными свойствами обладают первичный додецилсульфат и прямоцепочечный додецилбензолсульфонат. Эти вещества термически стабильны, малотоксичны (ЛД 50 1,5-2 г/кг, белые мыши), не раздражают кожу человека и удовлетворительно подвергаются биологическому распаду в водоемах, за исключением алкиларилсульфонатов с разветвленной алкильной цепью. Они хорошо совмещаются с др. ПАВ, проявляя при этом синергизм, порошки их негигроскопичны. Вторичные алкилсульфаты обладают хорошей пенообразующей способностью, но термически неустойчивы и применяются в жидком виде. Вторичные алкилсульфонаты обладают высокой поверхностной активностью, но весьма гигроскопичны. Перспективными являются ПАВ, у которых гидрофильная часть состоит из нескольких функциональных групп. Напр., динатриевые соли сульфоянтарной кислоты обладают хорошими санитарно-гигиеническими свойствами наряду с высокими коллоидно-химическими и технологически показателями при растворении в жесткой воде. ПАВ, содержащие сульфониламидную группу, обладают биологической активностью. Хорошими свойствами обладает также додецил-фосфат.

Рисунок 1: Поверхностно-активные вещества: схема действия

Натриевые и калиевые соли высших жирных кислот (мыла) являются поверхностно-активными веществами, способными образовывать стойкие мыльные пленки. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) могут определенным образом располагаться на границе раздела двух фаз, например таких как вода- воздух или вода- масло . Такое поведение ПАВ объясняется особенностью их строения: молекула ПАВ, например мыла, включает как полярную, способную ионизироваться гидрофильную группировку, так и неполярную гидрофобную часть – углеводородный . На границе раздела фаз к воде ориентируется гидрофильная группа, а к масляной фазе или воздуху –углеводородный радикал.

Рисунок 2: Мицеллы мыла

В водной среде при определенной концентрации молекулы ПАВ существуют уже не в виде изолированных частиц, а как большие агрегаты – мицеллы, у которых все углеводородные находятся в центре мицеллы, а гидрофильные группы – снаружи (рис. 2а). Мицелла способна «захватывать» частички водонерастворимых веществ и создавать стойкие , так как слипанию мицелл препятствует одноименный заряд их поверхностей (рис. 2б).На этом принципе основано моющее действие мыл. Загрязнение представляют собой жировую пленку с частичками пыли. Мыла эмульгируют загрязнения, после чего эмульсия легко смывается водой.

Синтетические ПАВ и моющие средства

Для производства мыла необходимо большое количество жиров – ценного пищевого и технического продукта. Между тем поверхностной активностью обладают и другие органические соединения, имеющие сходное строение с мылами.

К ним относятся:

• анионные ПАВ (например, натриевые соли алкилсульфатов , алкилсульфонатов );
• катионные ПАВ (например четвертичные алкиламмониевые соли )

Рисунок 3: формулы синтетических поверхностно-активных веществ

Анионные и катионные поверхностно-активные вещества обязательно содержат в молекуле длинный алкильный радикал (С 12 – С 14)

Синтетические ПАВ получают в промышленности из доступного углеводородного сырья, главным образом, нефтяного, поэтому они недороги. Другое достоинство моющих средств на основе синтетических ПАВ заключается в возможности их использования в жесткой воде, в которой обычные мыла дают нерастворимые кальциевые и магниевые соли, что снижает эффективность моющего действия и повышает расход мыла.

Твины

Рисунок 4: Общая формула твинов

В последнее время широкое применение в промышленности (например в текстильной) находят поверхностно-активные вещества твины . В фармации они служат синтетической эмульгирующей основой при изготовлении мазей.

Твины построены по общему принципу, как и остальные ПАВ, то есть в их молекулах имеются неполярные и полярные части. Основу молекулы составляет циклический четырехатомный спирт сорбитан , в котором от одной до трех гидроксильных групп этерифицированы высшими жирными кислотами. Радикалы этих кислот составляют неполярную часть молекулы.

Оставшиеся гидроксильные группы образуют эфирную связь с остатками полиэтиленгликоля –(CH 2 CH 2 O) n CH 2 CH 2 OH , где n=40-80 . Фрагменты полиэтиленгликоля представляют полярную часть твинов.

Список литературы: Органическая химия, А.П.Лузин, С.Э.Зурабян, Н.А. Тюкавкина,1998 год