Поверхностно активные вещества в правителях. Поверхностно-активное вещество
В отношении неполярной фазы (газ, углеводородная , неполярная поверхность твердого тела) обладает углеводородный радикал, который выталкивается из полярной среды. В водном растворе ПАВ на границе с образуется адсорбционный с углеводородными радикалами, ориентированными в сторону . По мере его насыщения (ионы) ПАВ, уплотняясь в поверхностном слое, располагаются перпендикулярно поверхности (нормальная ориентация).
Солюбилизаторы. Состоит из свойств поверхностно-активных веществ для содействия растворению нерастворимого жидкого вещества в жидкой среде. Диспергаторы - это свойство удерживать твердые частицы, взвешенные в жидкой среде. Классификация поверхностно-активных веществ в косметических целях.
Это те, чья полярная группировка имеет отрицательные заряды в водном растворе. Они считаются превосходными, с большей областью промышленного применения, чем другие, благодаря их хорошим характеристикам моющей способности, пены и умтеанции. Пример: лаурилсульфат натрия, сильное анионное поверхностно-активное вещество, которое легко образует хорошую пену и толщину.
В зависимости от состояния ПАВ в растворе условно различают истинно растворимые (молекулярно-диспергированные) и коллоидные ПАВ. Условность такого разделения состоит в том, что одно и то же ПАВ может относиться к обеим группам в зависимости от условий и хим. природы (полярности) растворителя. Обе группы ПАВ адсорбируются на фазовых границах, т. е. проявляют в растворах , в то время как объемные свойства, связанные с возникновением коллоидной (мицеллярной) фазы, проявляют лишь коллоидные ПАВ. Указанные группы ПАВ отличаются значением безразмерной величины, которая наз. гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) и определяется отношением:
Он получают путем предшествующего этоксилирования жирного спирта, получая спиртовой эфир, который затем сульфатируют в соответствии с тем же способом, что и алкилсульфаты. Это одно из наиболее распространенных поверхностно-активных веществ в производстве шампуней, таких как сульфат лаурилового эфира натрия.
Они используются в качестве эмульсионных полимеризаторов. Полученные путем сульфирования спиртов, полученных из сульфоянтарной кислоты, они имеют применение в капиллярных продуктах, таких как детские шампуни, из-за их низкой токсичности и раздражительности. Как указывалось в предыдущей статье, один из способов классификации поверхностно-активных веществ по категориям основан на их структуре, в частности на природе полярной группы. В этом смысле поверхностно-активные вещества могут быть классифицированы как ионно-анионные и катионно-поверхностно-активные вещества, неионные и амфотерные.
где -сродство (свободная энергия взаимодействия) неполярной части ПАВ к углеводородной (b-безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ, -своб. энергия взаимод. в расчете на одну группу CH 2 , v-число групп CH 2 в углеводородном радикале), a-сродство полярной группы к . Для коллоидных ПАВ (b + или , где индексы m соответствуют минимальным значениям сродства, при котором начинают проявляться коллоидные свойства ПАВ. Минимальное число углеродных в радикале для разных видов коллоидных ПАВ лежит в пределах 8-12, т.е. коллоидные ПАВ имеют достаточно большой углеводородный радикал. Вместе с тем коллоидные ПАВ должны обладать и истинной растворимостью в , т.е. полярность гидрофильной группы также должна быть достаточно высокой. Этому соответствует условие:
Анионные поверхностно-активные вещества. Анионные поверхностно-активные вещества, когда в водном растворе имеют отрицательный заряд в их гидрофильной части. Основные представители этого класса являются мыла жирных кислот, алкилсульфаты, алкиловые эфиры сульфатов и алкилсульфосукцинаты, хотя многие другие не лишены их важности той или иной конкретной области применения. Это, как правило, высокая пенообразующая способность, высокая моющая способность и высокое смачивание по сравнению с другими классами поверхностно-активных веществ.
Щелочные жирные кислотные мыла широко используются при изготовлении мыла из бара, потому что их производительность удовлетворительная, а их стоимость низкая. Они, как правило, самые бедные анионные в пене и восприимчивы к жесткости воды. Добавление хелатных и секвестрирующих агентов может улучшить производительность этих продуктов. Сульфаты алкила, несомненно, вместе с сульфатами алкилового эфира являются наиболее часто используемыми продуктами в качестве поверхностно-активных веществ, вспениваемых в косметике для волос, жидких мылах, средствах для гигиены полости рта среди других применений.
В нач. 60-х гг. 20 в. Д. Девисом была разработана шкала ГЛБ со значениями от О до 40. ПАВ с липофильными свойствами имеют низкие значения ГЛБ, с гидрофильными-высокие. Каждой группе , входящей в ПАВ, приписывается групповое число. При сложении этих чисел получают ГЛБ по формуле:
Среди алкилсульфатов наиболее важными являются лаурилсульфаты, которые широко применяются в косметической промышленности. Основными характеристиками алкилсульфатов являются его высокая пенообразующая способность, высокая вязкость, хорошая растворимость в воде, приятный запах и полная биоразлагаемость. В эфире сульфатов алкила класса, наиболее важные из них являются лаурили сульфаты простых эфиров за их различные свойства: они являются более гидрофильными, чем его соответствующим Неэтоксилированным были ниже, раздражительности глаз и кож, низкая температура помутнения, легкий контроль вязкости от добавление электролитов и большая устойчивость к жесткости воды.
ГЛБ = гидрофильных групповых чисел + 4- гидрофобных групповых чисел + 7.
Хотя понятие о ГЛБ является достаточно формальным, оно позволяет определять области применения ПАВ. Так, для образования вода/масло ГЛБ лежит в пределах 3-6, масло/во да-8-16, для смачивателей-7-9, для средств-13-15.
Амфотерные (амфолитные) ПАВ содержат в гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором в зависимости от рН раствора. Обычно эти ПАВ включают одну или несколько основных и кислотных групп, могут содержать также и неионогенную полигликолевую группу. В зависимости от величины рН они проявляют свойства катионактивных или анионактивных ПАВ. При некоторых значениях рН, наз. , ПАВ существуют в виде цвиттер-ионов. Константы ионизации кислотных и основных групп истинно растворимых амфотерных ПАВ весьма низки, однако чаще всего встречаются катионно-ориентированные и анионно-ориентированные цвиттер-ионы. В качестве катионной группы обычно служит первичная, вторичная или третичная аммониевая группа, остаток или . В принципе вместо N м. б. S, P, As и т. п. Анионными группами являются карбоксильные, сульфонатные, сульфоэфирные или фосфатные группы.
Процесс приобретения включает этоксилирования лаурилового спирта, с последующим сульфированием лаурил этоксилат спирта, генерируя кислоты, которая нейтрализуется с помощью основания, такого как гидроксид натрия, триэтаноламин, моноэтаноламин или аммиака, производя различные соли лаурил сульфат простого эфира, таким образом, различные поверхностно-активные вещества, Тем не менее, поскольку анионными поверхностно-активными веществами являются алкилсульфосукцинаты, которые обладают превосходной смачивающей способностью, хотя они производят небольшую пенопласт и обладают низкой моющей способностью.
По хим. строению и некоторому сходству свойств амфолитные ПАВ делят на 5 осн. групп: 1) алкиламинокарбоновые кислоты RNH (CH 2) n COOH; алкильный радикал обычно нормальный (прямоцепочечный), но если он расположен между аминной группой и карбоксильной, иногда имеет разветвленный характер. К этой же группе относят алкиламино-фенилкарбоновые кислоты RNHC 6 H 4 COOH; алкиламинокарбоновые кислоты с первичной, вторичной или третичной аминогруппой RCH (NH 2) COOH, RCH (NHR) COOH, R(CH 3)NCH 2 COOH; с промежуточной гидроксильной, эфирной, сложноэфирной, амидной или сульфоамидной группой; вещества с двумя и более амино- и амидогруппами, с несколькими амино- и гидроксильными группами.
Моноалкилсульфосукцинаты были разработаны недавно. Они слегка раздражают глаза и имеют очень низкую токсичность. Они имеют низкую растворимость в воде, но эту функцию можно улучшить путем этоксилирования их жирной цепи с двумя-тремя молями оксида этилена. Сульфосукцинаты предпочтительно используют в детских шампунях, в общем, связанных с сульфатом лаурилового эфира для улучшения их свойств пены и моющих средств. Альфа-олефины сульфонаты, таураты и саркозинаты также низкие раздражающие анионные поверхностно-активные, но в отличие от обильной пены обладают сульфосукцинаты.
2) Алкилбетаины представляют собой наиболее важную группу цвиттер-ионных ПАВ. Их можно разделить на 5 осн. групп: а) алкилбетаины -С-алкилбетаины RCH COO - и N-алкилбетаины RN + (CH 3) 2 СН 2 СОО - ; б) сульфит-, суль-фо-, сульфат- и фосфатбетаины RN + (CH 3) 2 CH 2 CH 2 RN + (CH 3) 2 CH 2 CH 2 , RC 6 H 4 CH 2 N + (CH 3) 2 CH 2 CH 2 RN + (CH 3) 2 CH 2 CH(OH)CH 2 OP ; в) амидобетаины RCONH(CH 2) 3 N + (CH 3) 2 COO - ; г) оксиэтилированные RN + [(C 2 H 4 O) p H][(C 2 H 4 O) g H]CH 2 COO - ; д) др. цвиттер-ионные ПАВ.
Его использование, однако, не очень часто встречается на бразильском рынке. Катионные поверхностно-активные вещества. Катионные поверхностно-активные вещества характеризуются наличием положительно заряженной гидрофильной группы, присоединенной к гидрофобной консистентной смазке. У них меньше применения в косметике из-за некоторых нежелательных характеристик, таких как несовместимость с анионными поверхностно-активными веществами, раздражительность кожи и глаз и низкая мощность моющего средства. Некоторые важные свойства этих поверхностно-активных веществ заставляют их использовать в косметических препаратах в качестве бактерицидов и антистатиков в кондиционирующих средствах для волос.
3) Производные алкилимидазолинов, в которых анионные и катионные группы имеют примерно одинаковые константы ионизации (формулы VII и VIII), где R-алкил C 7 -C 17 , R"-H, Na, CH 2 COOM (M-металл). По структуре и методам синтеза выделяют бетаиновые ПАВ, включающие карбокси-, сульфо-, сульфат- или сульфоэфировую группу [формула IX; R" = (CH 2) n COO - , (CH 2) 3 , CH 2 CH(OH)CH 2 ] и прочие ("небетаиновые") имидазолиновые ПАВ [формула X; R" = CH 2 COONa, (СН 2) 2 N (CH 2 COOH) 2 , (СН 2) 2 N= =CHC 6 H 4 SO 3 H, (CH 2) 2 OSO 3 H]. Сбалансированность ионизированных групп обеспечивает этим соединениям хорошие коллоидно-химические и санитарно-гигиенические свойства.
Поскольку кондиционеры являются продуктами, используемыми после мытья, им не нужно содержать высокомолекулярные анионные поверхностно-активные вещества, которые отвечают за очистку прядей волос. Это позволяет использовать составы на основе катионных поверхностно-активных веществ, основных агентов, повышающих значимость, антистатическое и кондиционирующее воздействие на волосяные волокна. Изменение липофильной природы поверхности волос вследствие адсорбции катионного агента позволяет другим ингредиентам рецептуры быть более совместимыми с волосами.
4) Алкиламиноалкансульфонаты и сульфаты (AAAC 1 и AAAC 2 соотв.). Анионно-ориентир. вещества легко переходят в цвиттер-ионную форму, что позволяет выделять их в чистом виде. Константа ионизации кислотной группы гораздо больше, чем основной, поэтому их применяют в щелочной среде. Однако в случае нескольких основных групп и при наличии рядом с кислотной группой др. гидрофильных групп эти вещества по свойствам и областям применения сходны с амфолитными ПАВ и обладают бактерицидным действием. В зависимости от констант ионизации можно выделить AAAC 1 RN(R")-R:-SO 3 M, AAAC 2 RN(R")-R: - OSO 3 M, производные ароматических аминосульфокислот RR"N-Ar-SO 3 M, аминосульфонаты с N в гетероциклах (формула XI); аминофосфаты, аминофосфонаты и других аминосодержащих соединений типа RR"R:P(O)(OH) 2 , RR"R""OP(O)(OH) 2 , где R и R"-длинный и короткий углеводородные радикалы, R:-короткий двухвалентный радикал; соед. RN(CH 2 CH 2 SO 3 Na) 2 . Их отличие - хорошая способность диспергировать кальциевые и устойчивость к .
Таким образом, в присутствии катионных агентов на поверхности образуется осаждение жировых материалов и смягчающих веществ, которые оказывают синергетическое действие на воздействие катионных агентов. Наиболее часто используемые катионные поверхностно-активные вещества в косметических препаратах представляют собой соли четвертичного аммония, и среди них наиболее часто используемым в Бразилии является хлорид цетилтриметиламмония, а также широко используются хлориды диалкилдиметиламмония.
Основные косметические ионные поверхностно-активные вещества. Из органического или неорганического происхождения, которое имеет в своей химической структуре полярную и гидрофильную и неполярную и гидрофобную часть и способно стимулировать взаимодействие между средами различной полярности, такими как вода и нефть. Говоря о гидрофильном и полярном веществе, понятно, что эта часть молекулы взаимодействует с водой, тогда как гидрофобный и аполярный имеют тенденцию отталкивать воду и взаимодействовать с неполярным соединением, поскольку вещества этой природы физически и химически взаимодействуют с другой подобный ему.
5) Полимерные амфолитные ПАВ: природные (белки, нуклеиновые кислоты и т.п.); модифицированные природные (олигомерные гидролизаты , сульфатир. хитин); продукты ступенчатой , жирных кислот; производные , полученные введением карбоксильных и диэтаноламиноэтильных групп; синтетические, в которых сочетаются структурные особенности всех приведенных выше групп амфотерных ПАВ (см., например, формулы XII-XVI).
Наиболее важным представителем этого типа системы являются молекулы поверхностно-активных веществ и некоторые полимеры. Поверхностно-активные вещества, также широко известные как поверхностно-активные вещества, присутствуют в детергентах, косметических средствах и других промышленных продуктах. Поверхностно-активное вещество может быть представлено следующей общей схемой.
Эта схема представляет собой амфифильную цепь поверхностно-активного вещества, где гидрофильная синяя часть представляет собой часть, которая способствует взаимодействию с водой, тогда как красная гидрофобная часть представляет собой часть, которая отталкивает воду и полярные растворители в силу их полярности, противоположной. Для дальнейшего понимания используется цепочка обычного поверхностно-активного вещества.
Применение ПАВ.
Мировое производство ПАВ составляет 2-3 кг на душу населения в год. Примерно 50% производимых ПАВ используется для (моющие и чистящие средства, косметика), остальное-в промышленности и с. х-ве. Одновременно с ежегодным ростом проиводства ПАВ соотношение между их применением в быту и промышленности изменяется в пользу промышленности.
Взаимодействие поверхностно-активного вещества в значительной степени зависит от размера концов цепи, посредством которой она образуется, благодаря ее сродству со средой, в которой она присутствует. Химические виды поверхностно-активных веществ подразделяются на неионные, катионные, анионные и амфотерные.
Следует отметить, что поверхностно-активные вещества представляют собой амфифильные системы, способные уменьшать, где бы они ни находились. И способствовать смешению фаз раствора, которое до тех пор было разделено в силу различной полярности. Поверхностно-активные вещества имеют часть своей цепи, которая является неполярной и имеет сродство с неполярными веществами, в то время как ее полярная часть имеет сродство с водой, что приводит к тому, что во время мытья посуды моющим средством жир взаимодействует с неполярным хвостом поверхностно-активного вещества, образуя полимерный агрегат под названием мицелл.
Применение ПАВ определяется их , структурой адсорбционных слоев и объемными свойствами растворов. ПАВ обеих групп (истинно растворимые и коллоидные) используют в качестве диспергаторов при , бурении твердых пород (понизители твердости), для улучшения , понижения и износа, интенсивности нефтеотдачи пластов и т. д. Др. важный аспект использования ПАВ - формирование и разрушение , . Широкое применение ПАВ находят для регулирования и устойчивости с жидкой дисперсионной средой (водной и органической). Широко используются ми-целлярные системы, образуемые ПАВ как в водной, так и в неводной среде, для которых важны не поверхностная активность ПАВ и не свойства их адсорбц. слоев, а объемные свойства: резко выраженные аномалии с повышением ПАВ вплоть до образования, например в водной среде, кристаллизац. структур твердого или твердо-образных структур (в на основе нефтяных масел).
Прикладная органическая дисциплина. Среди всех известных смачивающих и моющих средств самым старым и наиболее широко используемым является вода. Однако в качестве очищающего агента он недостаточен, поскольку вода имеет тенденцию к агломерации, образуя сферические капельки. Это явление, известное как поверхностное натяжение, можно понимать как силу, которая подвергается воздействию воды на поверхности жидкости. Агент, способный продвигать этот тип модификации в поверхностном натяжении воды, называется поверхностно-активным веществом и является основным компонентом моющих средств.
ПАВ находят применение более чем в 100 отраслях народного хозяйства. Большая часть производимых ПАВ используется в составе ср-в, в производстве тканей и изделий на основе синтетич. и прир. волокон. К крупным потребителям ПАВ относятся нефтяная, хим. промышленности, промышленность строит. материалов и ряд других. Наиолее важные применения ПАВ:
В таблице 1 можно наблюдать уменьшение поверхностного натяжения воды за счет небольших добавок типа поверхностно-активного вещества. Уменьшение поверхностного натяжения воды в зависимости от количества, используемого определенным поверхностно-активным веществом.
Как можно видеть, даже при очень низких концентрациях поверхностно-активные вещества заметно уменьшают поверхностное натяжение воды. Современная концепция поверхностно-активных веществ или поверхностно-активных веществ включает мыло, детергенты, эмульгаторы, смачивающие агенты и пенетранты. Эта активность модификации свойств поверхностного слоя, разделяющего две фазы в контакте, связана со структурой поверхностно-активных веществ, которые имеют в той же молекуле полярную, водорастворимую часть и неполярную нерастворимую в воде часть.
Бурение с глинистыми растворами и обратимыми вода/масло. Для регулирования агрегативной устойчивости и реологические характеристик растворов применяют высокомолекулярные ПАВ-водорастворимые , поли-акриламид и др., в вводят кальциевые прир. и синтетич. жирных кислот (C 16 -C 18 и выше), алкилароматич. , алкиламины, алкиламидоамины, алкилимидазолины;
Повышение нефтеотдачи пластов посредством мицеллярного заводнения (оксиэтилированные и , алкилароматич. сульфонаты);
Антиокислительные, противозадирные и др. присадки в производстве минер. масел (мыла синтетич. жирных кислот, нефтяные , оксиэтилир. спирты) и пластич. смазок (производные , ариламины, алкил- и арилфосфаты);
Регулирование при железных и марганцевых (мыла прир. и синтетич. жирных кислот, высшие алифатич. амины), редких (алкиларсоновые и алкилфосфоновые кислоты, алкилароматические сульфонаты);
Эмульсионная , получение и др. виниловых (карбоксиметилцеллюлоза, поли , синтетич. жирных кислот, алкилсульфаты, и алкилфенолы);
Производство хим. волокон (оксиэтилир. и амиды, и , высшие и кислоты);
Механическая обработка
Поверхностно-активные вещества - соединения, которые влияют на величину поверхностного натяжения. В процессе взаимодействия молекул жидкости между ними образуются силы сцепления. Эта сила будет различна в поверхностных и внутренних (глубинных) слоях. Рассматривая состояние жидкости, легко установить, что частицы, которые направлены внутрь системы, с разных сторон окружены такими же молекулами, которые влияют на них. Равнодействующая всех сил, которые действуют на такую молекулу, равняется нулю. Поэтому жидкости имеют наименьшую поверхность при данном объеме. Это отчетливо проявляется в шарообразной форме капель. Наличие примесей различных соединений в жидкостях обуславливает величину поверхностного натяжения.
Строение молекул ПАВ
Частицы жирных кислот и спиртов состоят из двух частей, которые имеют разные свойства, поэтому эти соединения очень часто называют дифильными структурами. Одна часть молекулы представлена углеводородной цепью, а другая - разными функциональными группами (аминогруппой, гидроксилом, карбоксилом, сульфогруппой). Чем длиннее углеводородная цепь, тем сильнее будут выражены частиц, они слабее будут взаимодействовать с водой.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) органического происхождения: белки, мыла, спирты, кетоны, альдегиды, танниды, кетоны и т.д. Поверхностно-инактивные вещества не влияют на поверхностное натяжение (крахмал, глюкоза, фруктоза).
Неионогенные поверхностно-активные вещества (НПАВ) - высокомолекулярные биосоединения, которые в воде не образуют ионов. В водоемы указанные вещества поступают вместе с промышленными (химическая, текстильная, хозяйственно-бытовыми (использование разнообразных в быту) стоками, а также со сточными отходами с сельскохозяйственных угодий (гербициды, фунгициды, инсектициды, а также фолианты в качестве эмульгаторов).
Поверхностно-активные вещества: вред и польза
Поверхностное натяжение имеет огромное значение для процессов всасывания в кишечнике. Например, жиры, а также липиды в пищевой тракт поступают в виде капель. Последние эмульгируются в тонком кишечнике при помощи желчных кислот. Только после этого указанные жиры гидролизируются липолитическими энзимами. Очень часто для повышения результативности к инсектицидам добавляют мыло (поверхностно-активные вещества). Проведенная манипуляция позволяет инсектицидам лучше взаимодействовать с поверхностью тела насекомых. Однако поверхностно-активные вещества оказывают не только позитивное, но и негативное воздействие на организм. Например, в состав шампуня входят очень вредные пенообразователи (ПАВ), такие как натрий и аммоний лаурил сульфат, аммоний и натрий лаурет сульфат. Существует мнение, что эти компоненты оказывают канцерогенное влияние.
