Полярными группами в анионных ПАВ обычно служат карбоксилатные, сульфатные, сульфонатные и фосфатные группы. На рис. 1 представлены структуры молекул наиболее распространенных ПАВ этого класса.

Анионные ПАВ используются в значительно больших объемах, чем ПАВ других типов. По приблизительной оценке мировое производство ПАВ составляет 10 млн. т в год, из них 60% приходится на долю анионных ПАВ.

Рис. 1. Структуры некоторых типичных анионных ПАВ

Главная причина популярности этих ПАВ - простота и низкая стоимость производства. Анионные ПАВ входят в состав большинства моющих средств, причем наилучшим моющим действием обладают ПАВ с алкильными или алкиларильными группами, содержащими в гидрофобной цепи 12-18 атомов углерода.

В качестве противоионов обычно выступают ионы Na + , К + , NH4 + , Са 2+ и различные протонированные алкиламины. Ионы натрия и калия усиливают растворимость ПАВ в воде, в то время как ионы кальция и магния способствуют увеличению растворимости ПАВ в масляной фазе. Протонированные амины и алканоламины обеспечивают растворимость ПАВ в обеих фазах.

Мыла также составляют огромный класс ПАВ. Они производятся путем омыления природных масел и жиров. Обычно мылами называют соли щелочных металлов карбоновых кислот, получаемых из животных жиров или растительных масел. Твердые мыла, как правило, содержат жирные кислоты, которые получают из таллового, пальмового и кокосового масел. При использовании в оптимальных условиях мыла являются идеальными ПАВ. Главный их недостаток - чувствительность к жесткой воде, что и определило необходимость создания синтетических ПАВ. Весьма специфическое применение находит литиевая соль жирной кислоты, а именно 12-гидроксистеарат лития, который используется в качестве основного компонента смазок.

Алкилбензолсульфонаты составляют группу синтетических ПАВ, которые принято считать основными «рабочими лошадками». Они широко используются в моющих средствах бытового назначения, а также в самых разных областях промышленности. Их получают в процессе сульфирования алкилбензолов. В крупномасштабном синтезе в качестве сульфирующего агента чаще всего используется триоксид серы, но возможно использование и других веществ например серной кислоты, олеума, хлорсульфоновой, или амидосульфоновой кислот. В ряде случаев они оказываются даже более предпочтительными. Промышленный синтез осуществляется в непрерывном процессе с использованием пленочного аппарата со свободно стекающей пленкой. На первой стадии процесса образуется пиросульфоновая кислота, которая медленно и самопроизвольно реагирует далее, образуя сульфоновую кислоту.

Затем сульфокислоту нейтрализуют каустической содой, при этом образуется соль алкилбензолсульфоната. Из-за большого объема алкильных заместителей образуются почти исключительно и-сульфокислоты. На представленной выше схеме R - это алкильная группа, обычно содержащая 12 атомов углерода. Первоначально в качестве промежуточного продукта при синтезе ПАВ использовались разветвленные алкилбензолы, но в настоящее время они почти полностью заменены на линейные производные, поэтому такие ПАВ называют линейными алкилбензолсульфонатами. Отказ от разветвленных производных и замена их на линейные обусловлены главным образом их более быстрой биодеградацией. Алкилбензолы в свою очередь получают алкилированием бензола н-алкенами или алкилхлоридами при использовании HF или AICI3 в качестве катализаторов. В результате реакции образуется смесь изомеров с фенильной группой, присоединенной к одному из неконцевых положений в алкильной цепи.

Другим типом сульфонатных ПАВ, применяемых в составе моющих средств, являются сульфонаты парафинов и а-олефинов, последние часто называют AOS. В общих случаях получаемые ПАВ представляют собой сложные смеси веществ, различающихся по физико-химическим свойствам. Сульфонаты парафинов, или вторичные сульфонаты н-алканов, в основном производят в Европе. Их получают, как правило, сульфоокислением парафиновых углеводородов диоксидом серы и кислородом при облучении ультрафиолетовым светом. В более старом процессе, который, однако, еще используется, сульфонаты парафинов получают по реакции сульфохлорирования. Оба процесса относятся к радикальным реакциям, а так как вторичные атомы углерода образуют более стабильные свободные радикалы, чем первичные атомы углерода, сульфогруппа вводится статистически к любому неконцевому атому углерода алкановой цепи. Смесь углеводородов С 14 -С 17 , иногда называемая «Евро-фракция», является наиболее распространенным гидрофобным сырьем, а конечные продукты в этом случае представлены очень сложными смесями изомеров и гомологов.

Сульфонаты а-олефинов получают по реакции линейных а-олефинов с три-оксидом серы; в результате получается смесь алкенсульфонатов, 3- и 4-гидроксиалкансульфонатов и некоторого количества дисульфонатов и других веществ. В качестве исходного сырья используют в основном две оле-финовые фракции: С 12 -С 16 и С 16 -С 18 . Отношение алкенсульфонатов к гидро-ксиалкансульфонатам в некоторой степени регулируется соотношением количеств вводимых в реакционную смесь SO 3 и олефинов: чем выше это соотношение, тем больше образуется алкенсульфоновой кислоты. Образование гидроксиалкансульфокислоты происходит через промежуточный циклический сультон, который затем расщепляется щелочью. Сультон токсичен, поэтому важно, чтобы его концентрация в конечном продукте была очень низкой. Схему получения можно записать следующим образом:

Дисульфосукцинат натрия - алкилсульфонатное ПАВ, широко используемое в исследованиях химии поверхных явлений. Это ПАВ благодаря объемной гидрофобной группе особенно удобно для получения микроэмульсий «вода в масле».

Изетионатные ПАВ с общей формулой R-COOC^C^SO^Na* являются сложными эфирами жирных кислот и соли изетионовой кислоты. Они относятся к наиболее мягким ПАВ и применяются в косметических рецептурах.

Сульфонатные ПАВ, получаемые сульфированием лигнина, нефтяных фракций, алкилнафталинов или других дешевых углеводородных фракций, находят широкое промышленное применение в качестве диспергаторов, эмульгаторов, деэмульгаторов, пеногасителей, смачивателей и т. д.

Сульфированные сирты и этоксилированные спирты составляют другую важную группу анионных ПАВ, нашедших широкое применение в моющих средствах. Это моноэфиры серной кислоты, в которых сложноэфирная связь очень лабильна и относительно легко разрывается при низких рН в результате автокаталитического гидролиза. В качестве сырья для этого типа ПАВ используют линейные и разветвленные спирты с числом атомов углерода от 8 до 16. При использовании линейного спирта с 12 атомами углерода получают додециловый эфир серной кислоты, а после нейтрализации каустической содой образуется додецилсульфат натрия - наиболее важное ПАВ такого типа. Этоксилированные спирты, обычно используемые в качестве промежуточных продуктов, представляют собой алифатические спирты с двумя или тремя оксиэтиленовыми звеньями. Процесс аналогичен рассмотренному выше сульфированию. В промышленном производстве в качестве реагента используют триоксид серы,

и аналогично сульфированию реакция протекает через стадию образования в качестве промежуточного продукта пиросульфата:

Синтез сульфатных эфиров этоксилированных спиртов проводят подобным образом. Реакция обычно сопровождается образованием заметного количества 1,4-диоксана. Поскольку диоксан токсичен, от него необходимо освобождаться перегонкой. Такие ПАВ обычно называют этоксилированными алкилсульфатами. Они обладают хорошими пенообразующими свойствами, малотоксичны по отношению к коже и глазам и поэтому находят применение в составах моющих средств для посуды и шампуней.

Этоксилированные спирты можно превращать в карбоксилаты, т. е. этоксилированные алкилкарбоксилаты. Традиционно это делали с использованием монохлорацетата натрия:

Реакция Вильямсона обычно протекает с небольшим выходом. Более новые методы синтеза основаны на окислении этоксилированных спиртов кислородом или пероксидом водорода в щелочной среде с использованием в качестве катализатора платины или палладия. В этой реакции с хорошим выходом происходит конверсия этоксилатов, но возможна также окислительная деградация полиоксиэтиленовой цепи. Этоксилированные алкилкарбоксилаты применяются при производстве продуктов личной гигиены или в качестве ко-ПАВ в составах различных жидких моющих средств. Подобно этоксилированным алкилсульфатам, этоксилированные алкилкарбоксилаты устойчивы в очень жесткой воде. ПАВ обоих типов обладают также хорошей способностью к диспергированию кальциевых мыл, что очень важно для ПАВ, входящих в состав средств личной гигиены. Способность диспергировать кальциевые мыла обычно выражают как количество ПАВ, которое требуется для диспергирования кальциевого мыла, полученного из 100 г олета натрия в воде с жесткостью, эквивалентной 0,0333% СаСОз.

Важнейшие сведения об анионных ПАВ

1. Анионные ПАВ - самый распространенный класс ПАВ.

2. Обычно анионные ПАВ несовместимы с катионными ПАВ.

3. Они чувствительны к жесткой воде, причем чувствительность уменьшается в ряду карбоксилаты > фосфаты > сульфаты « сульфонаты.

4. Введение короткой полиоксиэтиленовой цепи между анионной группой и углеводородным радикалом значительно увеличивает устойчивость анионных ПАВ к солям.

5. Введение короткой полиоксипропиленовой цепи между анионной группой и углеводородным радикалом увеличивает растворимость ПАВ в органических средах, но одновременно может приводить к уменьшению скорости биоразложения ПАВ.

6. Сульфатные ПАВ в результате автокаталитического гидролиза быстро гидролизуются в кислых средах. ПАВ других типов устойчивы в не слишком жестких условиях.

Все коммерческие фосфатные ПАВ содержат сложные моно- и диэфиры фосфорной кислоты, причем относительное содержание этих компонентов широко варьируется в зависимости от производителя. Поскольку физико-химические свойства алкилфосфатных ПАВ зависят от соотношения различных эфиров, алкилфосфаты от разных производителей менее взаимозаменяемы, нежели ПАВ других типов. В качестве фосфорилирующего агента для производства алкилфосфатных ПАВ можно использовать оксихлорид фосфора POCI 3 . В этом случае также образуется смесь моно- и диэфиров фосфорной кислоты.

Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов влияют и другие факторы. Химическое загрязнение водоемов промышленными стоками, биогенными элементами (азотом, фосфором и др.) тормозит естественные окислительные процессы, убивает микроорганизмы. Скорость самоочищения водоёма и разложения углеродсодержащих соединений, включая ПАВ зависит от температуры, доступа кислорода, питательного режима водной среды, т.е. от тех факторов, которые определяют ее микробиологическую активность. В воде, обедненной кислородом, разложение углеродсодержащих соединений как правило замедляется.

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

По своему химическому строению ПАВ - органические соединения, имеющие «дифильное строение», то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент (функциональные группы - ОН, - СООН, - O- и т.п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобный компонент.

Традиционным примером ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот - олеата, стеарата и т.п. натрия) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т.п. ПАВ могут также содержать отбеливающие вещества, ингибиторы коррозии, ферменты, душистые вещества. Сами образующиеся продукты гидролиза не представляют угрозы для человека и животных, обитающих в воде. Однако надо учитывать действие фосфора на растения. Избыток фосфора инициирует следующую цепочку: бурный рост растений - отмирание растений - гниение - обеднение водоемов кислородом - ухудшение жизни организмов.

В водном растворе происходит самоорганизация молекул ПАВ в особые структуры-ассоциаты, названные мицеллами. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ, при мицеллообразовании также приобретают голубоватый оттенок (студенистый оттенок) за счет преломления света мицеллами.

По достижению предела растворимости ПАВ образуют конгломераты, или мицеллы - своеобразное скопление молекул, которые имеют шарообразную или пластинчатую структуру

В мировом производстве ПАВ большую часть составляют анионные вещества. Среди них можно выделить следующие основные группы: карбоновые кислоты, а также их соли, алкилсульфаты (сульфоэфиры), алкилсульфонаты и алкил-арилсульфонаты, пр. продукты.

Наиболее распространены натриевые и калиевые мыла жирных и смоляных кислот; нейтрализованные продукты сульфирования высших жирных кислот, олефинов, алкилбензолов. Второе место по объёму промышленного производства занимают неионные ПАВ - эфиры полиэтиленгликолей. Большинство неионных ПАВ получают присоединением окиси этилена к алифатическим спиртам, алкилфенолам, карбоновым кислотам, аминам и др. соединениям с реакционноспособным атомом водорода.

Ассортимент ПАВ чрезвычайно велик. Области применения ПАВ включают:

Моющие средства. Основное применение ПАВ - в качестве активного компонента моющих и чистящих средств, мыла, для ухода за помещениями, посудой, одежной, вещами, автомобилями и пр. В 2007 году в России было произведено более 1 млн тонн синтетических моющих средств, главным образом - стиральных порошков.

Косметика. Основное направление использование ПАВ в косметике - использование в шампунях, где содержание ПАВ может достигать десятков процентов от состава. Также ПАВ используются в небольших количествах в зубной пасте, лосьонах, тониках и других продуктах.

Текстильная промышленность. ПАВ используются в основном для снятия статического электричества на волокнах синтетической ткани.

Кожевенная промышленность. Защита кожаных изделий от легких повреждений и слипания.

Лакокрасочная промышленность. ПАВ используются для снижения поверхностного натяжения для того чтобы красочный материал мог легко проникнуть в маленькие углубления на поверхности обрабатываемого материала и заполнить их, вытесняя при этом другое вещество из углубления (например, воду).

Бумажная промышленность. ПАВ используются для разделения чернил и варёной целлюлозы при переработке использованой бумаги. Молекулы ПАВ адсорбируются на пигменте чернил. Пигмент становится гидрофобным. Далее воздух пропускается через раствор пигмента и целлюлозы. Пузырьки воздуха адсорбируются на гидрофобной части ПАВ и частички пигмента чернил всплывают на поверхность. См. флотация.

Металлургия. Эмульсии ПАВ используются для смазки прокатных станов. Снижают трение и устойчивы при высоких температурах, тогда как масло сгорает.

Защита растений. ПАВ широко используются в агрономии и сельском хозяйстве для образования эмульсий. ПАВ используются для повышения эффективности транспортировки питательных компонентов в растения через мембранные стенки. Пищевая промышленность. ПАВ применяется в мороженом, шоколаде, взбитых сливках и соусах для салатов и других блюд.

Нефтедобыча. ПАВ применяются для гидрофобизациипризабойной зоны пласта (ПЗП) с целью увеличения нефтеотдачи.

Чем же так страшны ПАВ для экологии и человека? Дело в том, что ПАВ могут быстро разрушаться в окружающей среде или, наоборот, не разрушаться, а накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. Один из основных негативных эффектов ПАВ в окружающей среде - понижение поверхностного натяжения. Например, в океане изменение поверхностного натяжения приводит к снижению показателя удерживания диоксида углерода CO2 в массе воды. По некоторым данным ПАВ адсорбировавшись на поверхности воды в водоемах повышает поглощение волн радиолокационного сигнала. Другими словами, радары и спутники хуже улавливают сигнал от объектов находящихся под водой в водоемах с определенной концентрацией ПАВ.

Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы. Однако адсорбировавшись на поверхности частичек земли / песка степень / скорость деградации ПАВ снижается в разы. Так как почти все ПАВ, используемых в промышленности и домашнем хозяйстве, имеют положительную адсорбцию на частичках земли, песка, глины, при нормальных условиях они могут высобождать (десорбировать) ионы тяжелых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания этих веществ в организм человека.

Большинство ПАВ обладают чрезвычайно широким диапазоном отрицательного влияния как на организм человека и водные экосистемы, так и на качество вод. Прежде всего они придают воде стойкие специфические запахи и привкусы, а некоторые из них могут стабилизировать неприятные запахи, обусловленные другими соединениями. Так, содержание в воде ПАВ в количестве 0,4-3,0 мг/дм3 придаёт ей горький привкус, а 0,2 -2,0 мг/дм3 - мыльно керосиновый запах.

Одним из основных физико-химических свойств ПАВ является высокая пенообразующая способность, причём в сравнительно низких концентрациях (порядка 0,1-0,5 мг/дм3). Возникновение на поверхности воды слоя пены затрудняет тепломассообмен водоёма с атмосферой, снижает поступление кислорода из воздуха в воду (на 15-20%), замедляя осаждение и разложение взвесей, процессы минерализации органических веществ, и тем самым ухудшает процессы самоочищения. Некоторые нерастворимые ПАВ при попадании на поверхность воды образуют нерастворимые пленки, распространяющиеся при достаточной площади растекания в монослои.

Значительную часть антропогенной нагрузки, приходящейся на поверхностные водные объекты, составляют сточные воды, содержащие синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), которые входят в состав всех хозяйственно-бытовых и большинства промышленных сточных вод.

95-98% общего количества применяемых в нашей стране детергентов - синтетических моющих средств (CMC), вырабатываемых промышленностью, составляют анионные и неионогенные ПАВ и моющие средства на их основе, которые, как правило, характеризуются низкой биологической разлагаемостью и в силу своей химической природы оказывают существенное отрицательное воздействие на водные объекты.

Попадая в водоёмы, ПАВ активно участвуют в процессах перераспределения и трансформации других загрязняющих веществ (таких как хлорофос, анилин, цинк, железо, бутилакрилат, канцерогенные вещества, пестициды, нефтепродукты, тяжёлые металлы и др.), активизируя их токсическое действие. Со ПАВ связано 6-30% меди, 3-12% свинца и 4-50% ртути в коллоидной и растворённой форме. Незначительной концентрации ПАВ (0,05-0,10 мг/дм3) в воде достаточно, чтобы активизировать токсичные вещества.

При небольшом содержании ПАВ в воде часто наблюдается коагуляция и седиментация примесей, обусловленная уменьшением или даже снятием электрокинетического потенциала частиц вследствие сорбции противоположно заряженных органических ионов ПАВ.

Кроме того, ПАВ несколько тормозят распад канцерогенных веществ, угнетают процессы биохимического потребления кислорода, аммонификации и нитрификации.

При гидролизе ПАВ и детергентов в водной среде образуется комплекс фосфатов, что приводит к евтрофированию водоёмов. CMC в среднем поставляют в природные воды от 20 до 40% общего фосфора.

ПАВ также могут способствовать и повышению эпидемиологической опасности воды, а также способствуют химическому загрязнению воды веществами высокой биологической активности.

Большинство ПАВ и продукты их распада токсичны для различных групп гидробионтов: микроорганизмов (0,8-4,0 мг/дм3), водорослей (0,5-6,0 мг/дм3), беспозвоночных (0,01-0,9 мг/дм3) даже в малых концентрациях, особенно при хроническом воздействии. ПАВ способны накапливаться в организме и вызывать необратимые патологические изменения.

Многими исследователями отмечается зависимость степени и характера влияния ПАВ на водные организмы от химической структуры веществ. Наиболее сильное отрицательное влияние оказывают алкиларилсульфонаты, т.е. вещества, имеющие в своей молекуле бензольное кольцо, и некоторые неионогенные вещества. Менее всего токсичны ПАВ на основе полимеров, несколько токсичнее алкилсульфаты и алкилсульфонаты. Соединения, имеющие прямую боковую цепь, более токсичны, чем вещества с сильно разветвлённой углеродной цепью.

Токсичность ПАВ в водной среде в значительной степени уменьшается за счёт их способности к биодеградации. ПАВ, в той или иной степени, поглощаются всей флорой и фауной водных объектов.

Среди основных причин загрязнения водоёмов этими веществами также часто отмечают способность ПАВ, выбрасываемых выпускающими их предприятиями в воздух в значительных количествах, проникать с атмосферными осадками в открытые водоёмы и просачиваться в подземные ближние слои грунтовых вод. В грунтовые воды ПАВ попадают также при очистке сточных вод на полях фильтрации и при этом, как правило, увлекают за собой и другие загрязнения. Из подземных вод ПАВ практически беспрепятственно проходят в поверхностные водоисточники и через очистные сооружения в питьевую воду. Кроме того, попадая в природные воды, ПАВ сорбируются содержащимися в них частицами минерального и органического происхождения, оседают на дно водоёмов и тем самым создают очаги вторичного загрязнения.

Большая трудность очистки воды от ПАВ состоит в том, что различные ПАВ в водоёмах чаще всего встречаются в виде смеси отдельных гомологов и изомеров, каждый из которых проявляет индивидуальные свойства при взаимодействии с водой и донными отложениями, различен и механизм их биохимического разложения. Исследования свойств смесей ПАВ показали, что в концентрациях, близких к пороговым, эти вещества обладают эффектом суммирования их вредных воздействий. Во взаимодействии анионактивных веществ, входящих в смесь, также наблюдается синергизм, поэтому общее влияние N, оказываемое смесью ПАВ, определяется следующим образом:

водоем самоочищение природный биологический

N = Q1P1 + Q2P2 +… + QnPn = 2% QiPi,

где Qi - влияние, оказываемое каждым анионактивным веществом, входящим в смесь, взятым в концентрации, равной суммарной концентрации смеси; Pi - относительная доля каждого вещества, входящего в смесь.

Большинство из вновь синтезированных ПАВ, поступающих в водоёмы и водотоки со сточными водами, способны накапливаться в них на протяжении длительного времени, особенно если состоят из смеси изомеров с различной скоростью расщепления. Исходя из этого, нормирование присутствия в водоёмах смеси ПАВ должно производиться по правилам, рекомендованным для смесей химических веществ.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) ПАВ в воде водоёмов составляет 0,5 мг/дм3, неионогенных - 0,1 мг/дм3. Лимитирующим показателем вредности СПАВ является их пенообразующая способность, которую также необходимо учитывать при повторном использовании очищенных сточных вод в техническом водоснабжении промышленных предприятий.

Одна из отличительных особенностей воздействия ПАВ на окружающую среду состоит в том, что они способны усиливать воздействия других загрязняющих веществ. Данный отрицательный эффект получается за счет улучшения инфильтрации (проникновения) загрязняющих веществ из почвы в водоемы, в которых содержаться избыточные концентрации поверхностно-активных веществ. Также ПАВ способны смывать с поверхности закрепившиеся загрязнители и разрушать баланс загрязняющих веществ в окружающей среде, тормозя процесс их естественной переработки.

Поэтому необходимость очистки сточных вод от ПАВ очевидна. Химическими предприятиями ежегодно выбрасывается в водоемы более 100 тыс. т ПАВ. В поверхности воды, содержащей ПАВ, образуется устойчивая пена, которая препятствует поступлению кислорода из воздуха в загрязненные водные бассейны и, тем самым, ухудшает процессы самоочищения и наносит большой вред как растительному, так и животному миру.

Природные и синтетические ПАВы - что лучше? Ниже сравнение ПАВ по свойствам и эффекту на кожу.

Поверхностно –активные вещества – это эмульгаторы с особыми свойствами, позволяющими соединять воду и жиры так, что получаются пузырьки воздуха- пена. Все поверхносто-активные вещества можно разделить на две группы:

Полученные из растительного сырья (орехов, семян, косточек, животных жиров)

Полученные из сырой нефти

Сразу оговорюсь – здесь информация только о жидких ПАВ, не о мыле

Итак, сравним:

Сходства Различия

Строение

Способ получения

Особенности формулирования

Интенсивность воздействия

Есть еще одно общее качество у всех ПАВ - это заряд молекулы. Все поверхностно –активные вещества, вне зависимости от происхождения могут быть:

Катионными – молекула ПАВ заряжена положительно

Анионными – молекула ПАВ заряжена отрицательно

Амфотерными – меняющими заряд на плюс или минус, в зависимости от раствора

Нейтральным и – не имеющими заряда.

Катионные ПАВ –очень токсичны для кожи – их применяют в бытовой химии. Анионные ПАВ – более мягкого действия. Лаурет сульфат натрия, лаурил сульфат натрия - анионные Пав.

Амфотерные и неионогенные Пав – наиболее мягкого действия, слабо взаимодействуют с липидами клеток, меньше всего нарушают липидную мантию кожи. Именно эти две группы ПАВов считаются наиболее безопасными.

Еще небольшое интересное пояснение – механизм действия шампуня без слез . Поверхностно- активные вещества в названии которых есть слово «лаурет» по результатам исследований меньше раздражают глаза. Лауреты получаются в результате реакции этоксилирования – чем более разветвленной становится молекула ПАВ – тем менее чувствительна к ней кожа и глаза.

Вот теперь самое интересное: побочным продуктом реакции этоксилирования является 1,4 диоксан – сильнейший канцероген, способный быстро проникать через неповрежденную кожу, помимо этого он вступает в реакцию с другими компонентами шампуня или геля с образованием еще более опасных для организма нитратов. Помните скандал, случившийся несколько лет назад – в шампуне и пенке для детей «без слез Джонсон и Джонсон» нашли канцерогены? Именно диоксан и его соединения были найдены в этих средствах. Шампунь все равно продолжает продаваться в магазинах. Комментарии тут излишни, правда?

Теперь о том, как и из каких Пав мы формулируем наши средства для волос и тела...... продолжение статьи выложим в ближайшее время

Уважаемые читатели! Весь контент нашего сайта - регистрируется перед публикацией в поисковых системах, защищен законом об авторских правах. Во избежание санкций поисковых систем- при перепечатке текста - активная ссылка на наш сайт обязательна!

с наилучшими пожеланиями, Натакосметик

Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ)

ПАВ находят широкое применение в промышленности, в сельском хозяйстве, медицине и быту. Мировое производство ПАВ растет с каждым годом, причем в общем выпуске продукции постоянно возрастает доля неионогенных веществ. Широко используют все виды ПАВ при получении и применении синтетич. полимеров. Важнейшая область потребления мицеллообразующих ПАВ - производство полимеров методом эмульсионной полимеризации. От типа и концентрации выбранных ПАВ (эвульгаторов) во многом зависят технологич. и физико-химич. свойства получаемых латексов. ПАВ используют также при суспензионной иолимеризации. Обычно применяют высокомолекулярные ПАВ - водорастворимые полимеры (воливиниловый спирт, производные целлюлозы, растительные клеи и т.п.). Смешиванием лаков или жидких масляносмоляных композиций с водой в присутствии эмульгаторов получают эмульсии, применяемые при изготовлении пластмасс, кожзаменителей, нетканых материалов, импрегированных тканей, водоразбавляемых красок и т.д.

В производстве лакокрасочных материалов и пластмасс. ПАВ добавляют для регулирования их реологич. характеристик.

Разнообразные ПАВ применяют для поверхностной обработки волокнистых (тканых и нетканых) и пленочных материалов (как антистатики, модификаторы прядильных р-ров, моющие средства. Среди ПАВ, применяемых как гидрофобизаторы, наиболее перспективны кремнийорганические и фторуглеродные соединения. Последние при соответствующей ориентации молекул в поверхностном слое способны предотвратить смачивание материала не только водой, но и углеводородными жидкостями.

В производстве губчатых резин и пенопластов ПАВ применяют как стабилизаторы пен.

Высокомолекулярные водорастворимые ПАВ, помимо использования в указанных выше технологич. процессах, применяют как флокулянты в различных видах водоочистки. С их помощью из сточных и технологич. вод, а также из питьевой воды удаляют загрязнения, находящиеся во взвешенном состоянии.

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА, в-ва, адсорбция к-рых из жидкости на пов-сти раздела с др. фазой (жидкой, твердой или газообразной) приводит к значит. понижению поверхностного натяжения (см. Поверхностная активность). В наиб. общем и важном с практич. точки зрения случае адсорбирующиеся молекулы (ионы) ПАВ имеют дифильное строение, т. е. состоят из полярной группы и неполярного углеводородного радикала (дифильные молекулы). Поверхностной активностью в отношении неполярной фазы (газ, углеводородная жидкость, неполярная пов-сть твердого тела) обладает углеводородный радикал, к-рый выталкивается из полярной среды. В водном р-ре ПАВ на границе с воздухом образуется адсорбц. мономолекулярный слой с углеводородными радикалами, ориентированными в сторону воздуха. По мере его насыщения молекулы (ионы) ПАВ, уплотняясь в поверхностном слое, располагаются перпендикулярно пов-сти (нормальная ориентация).

Концентрация ПАВ в адсорбц. слое на неск. порядков выше, чем в объеме жидкости, поэтому даже при ничтожно малом содержании в воде (0,01-0,1% по массе) ПАВ могут снижать поверхностное натяжение воды на границе с воздухом с 72,8·10-3 до 25·10-3 Дж/м2, т.е. практически до поверхностного натяжения углеводородных жидкостей. Аналогичное явление имеет место на границе водный р-р ПАВ - углеводородная жидкость, что создает предпосылки для образования эмульсий.

В зависимости от состояния ПАВ в р-ре условно различают истинно р-римые (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) р-рителя. Обе группы ПАВ адсорбируются на фазовых границах, т. е. проявляют в р-рах поверхностную активность, в то время как объемные св-ва, связанные с возникновением коллоидной (мицеллярной) фазы, проявляют лишь коллоидные ПАВ. Указанные группы ПАВ отличаются значением безразмерной величины, к-рая наз. гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) и определяется отношением:

где -сродство (своб. энергия взаимодействия) неполярной части молекулы ПАВ к углеводородной жидкости (b-безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ, -своб. энергия взаимод. в расчете на одну группу CH2, v-число групп CH2 в углеводородном радикале), a-сродство полярной группы к воде. Для коллоидных ПАВ (b + или, где индексы m соответствуют миним. значениям сродства, при к-ром начинают проявляться коллоидные св-ва ПАВ. Миним. число углеродных атомов 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 р-римостью в воде, т.е. полярность гидрофильной группы также должна быть достаточно высокой. Этому соответствует условие:

В нач. 60-х гг. 20 в. Д. Девисом была разработана шкала ГЛБ со значениями от О до 40. ПАВ с липофильными св-вами имеют низкие значения ГЛБ, с гидрофильными-высокие. Каждой группе атомов, входящей в молекулу ПАВ, приписывается групповое число. При сложении этих чисел получают ГЛБ по ф-ле:

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 эмульсий вода/масло ГЛБ лежит в пределах 3-6, эмульсий масло/во да-8-16, для смачивателей-7-9, для моющих средств-13-15.

Поверхностная активность ПАВ, относящихся к разным группам, определяется по-разному. Для истинно р-римых ПАВ она равна макс. значению производной и измеряется по начальному участку изотермы адсорбции s(c)при с0 (Г-число молей ПАВ, адсорбированных единицей пов-сти, R-газовая постоянная, T-абс. т-ра). Для коллоидных ПАВ поверхностная активность Gмин = (s0 - sмин)/смин, где s0 - поверхностное натяжение чистого р-рителя, sМИH-наименьшее (постоянное) значение s, а смин-соответствующая этому значению концентрация ПАВ. Дальнейшее введение в р-р ПАВ приводит к увеличению числа мицелл, а концентрация молекулярно-диспергированного ПАВ остается постоянной. Величина смин-критич. концентрация мицеллообразования (KKM). Она определяется как концентрация ПАВ, при к-рой в р-ре возникает большое число мицелл, находящихся в термоди-намич. равновесии с молекулами (ионами), и резко изменяются св-ва р-ра (электропроводность, поверхностное натяжение, вязкость, светорассеяние и т.д., см. Мицеллообразо-вание).

Классификация ПАВ. В данной статье описывается классификация, принятая на III Международном конгрессе по ПАВ и рекомендованная Международной организацией по стандартизации (ISO)в 1960. Она основана на хим. природе молекул и включает четыре осн. класса ПАВ: анионактив-ные, катионактивные, неионогенные и амфотерные. Иногда выделяют также высокомол. (полимерные), перфторир. и кремнийорг. ПАВ, однако по хим. природе молекул эти ПАВ м. б. отнесены к одному из вышеперечисл. классов.

Анионактивные ПАВ содержат в молекуле одну или неск. полярных групп и диссоциируют в водном р-ре с образованием длинноцепочечных анионов, определяющих их поверхностную активность. Это группы: COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), где M-металл (одно-, двух- или трехвалентный). Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатич. цепями или алкилароматич. радикалами. Выделяют 6 групп анионактивных ПАВ.

1) Производные карбоновых к-т (мыла): RCOOM, ROOC (СН2)nСООМ, RC6H4 (СН2)nСООМ, RCH=CH -- --(СН2)nСООМ. 2) Первичные и вторичные алкилсульфаты ROSO3M, R"R:CHOSO3M, алкиларилэтилсульфаты RC6H4C2H4OSO3M, алкилциклогексилэтилсульфаты RC6H10C2H4OSO3M и т.п. (см. Авироль, Ализариновое масло, Алкилсульфаты). 3)Алкил- и алкилбензолсульфо-наты, сульфонаты сложных эфиров моно- и дикарбоно-вых к-т: RSO3M, RC6H4SO3M, ROOCCH2SO3M, ROOCCH2CH(COOR)SO3M (см. Алкилбензолсульфонаты, Нафталинсульфонаты, Сульфонаты). 4) Сульфо- и карбокси-этоксилаты спиртов, сульфоэтоксилаты карбоновых к-т, сульфоэтоксилаты алкилфенилэтиловых спиртов, диметал-лич. соли сульфоянтарной к-ты, соли сульфатов непредельных к-т: RO(C2H4O)nSO3M, RO(C2H4O)nCH2COOM, RCOO (C2H4O)n SO3M, RC6H4 (C2H4O)2 SO3M, ROOCCH2CH ·(COOM) SO3M, RCH (OSO3M)=CH (CH2)n--COOM. 5) Азотсодержащие ПАВ: амидосульфонаты RCONR"--R:--SO3M, амиды сульфокарбоновых к-т RR"NOC--R:--SO3M, амидосульфаты RCONR"- R:--OSO3M, амидокарбоксилаты RCO(NH-R"--CO)nOM, в-ва с карбокси- и сульфогруппами RCONH--R--OCOR:(SO3M) --COOM. Вместо амидной группы во мн. таких в-вах м.б. также сульфоамидная группа, напр. RC6H4SO2NHCH2CH2SO3M. 6) Соли перфторир. карбоновых к-т, перфторир. сульфоацетатов, моно- и диалкил-фосфатов и фосфонатов, перфторир. фосфонаты и др. соединения.

В анионактивных ПАВ катион м. б. не только металлом, но и орг. основанием. Часто это ди- или триэтаноламин. Поверхностная активность начинает проявляться при длине углеводородной гидрофобной цепи C8 и с увеличением длины цепи увеличивается вплоть до полной потери р-ри-мости ПАВ в воде. В зависимости от структуры промежут. функц. групп и гидрофильности полярной части молекулы длина углеводородной части может доходить до C18. Бензольное ядро соответствует примерно 4 атомам С, перфто-рированная метиленовая группа CF2-примерно 2,5-3 мети-леновым группам.

Наиб. распространены алкилсульфаты и алкиларилсуль-фонаты. Оптим. поверхностно-активными св-вами обладают первичный додецилсульфат и прямоцепочечный доде-цилбензолсульфонат. Эти в-ва термически стабильны, малотоксичны (ЛД50 1,5-2 г/кг, белые мыши), не раздражают кожу человека и удовлетворительно подвергаются биол. распаду в водоемах (см. ниже), за исключением алкиларил-сульфонатов 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 к-рых гидрофильная часть состоит из неск. функц. групп. Напр., динатриевые соли сульфоянтарной к-ты обладают хорошими санитарно-гигиенич. св-вами наряду с высокими коллоидно-хим. и технол. показателями при растворении в жесткой воде. ПАВ, содержащие сульфониламидную группу, обладают биол. активностью. Хорошими св-вами обладает также додецил-фосфат.

Катионактивными наз. ПАВ, молекулы к-рых диссоциируют в водном р-ре с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и аниона-обычно галогенида, иногда аниона серной или фосфорной к-ты. Преобладающими среди катионактивных ПАВ являются азотсодержащие соед.; практич. применение находят и в-ва, не содержащие азот: соед. сульфония +X- и сульфоксония +Х-, фосфония + X-, арсония + Х-, иодония (ф-ла I). Азотсодержащие соед. можно разделить на след. осн. группы: 1) амины и их соли RNR"R: · HX; 2) моно- и бисчетвертичные аммониевые соед. алифатич. структуры + X-, 2+2Х-, соед. со смешанной алифатич. и ароматич. структурой 2 + 2Х- ; 3) четвертичные аммониевые соед. с раз л. функц. группами в гидрофобной цепи; 4) моно- и бисчетвертичные аммониевые соед. с атомом азота в гетероциклич. кольце. Последняя группа объединяет сотни ПАВ, имеющих пром. значение. Важнейшие из них-соед. пиридина, хинолина, фталазина, бензи-мидазола, бензотиазола, бензотриазола, производные пир-ролидина, имидазола, пиперидина, морфолина, пиперазина,

бензоксазина и др.; 5) оксиды аминов RR"R:N+O- (начато пром. произ-во); 6) полимерные ПАВ (II). Применяют в осн. поливинилпиридинийгалогениды.

поверхностный активный вещество молекулярный

Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионахтивные, но они могут взаимод. химически с пов-стью адсорбента, напр. с клеточными белками бактерий, обусловливая бактерицидное действие. Взаимод. полярных групп катионактивных ПАВ с гидроксильны-ми группами волокон целлюлозы приводит к гидрофобиза-ции волокон и импрегнированию тканей.

Неионогенные ПАВ не диссоциируют в воде на ионы. Их р-римость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных эфирных и гидроксильных групп, чаще всего по-лиэтиленгликолевой цепи. По-видимому, при растворении образуются гидраты вследствие образования водородной связи между кислородными атомами полиэтиленгликоле-вого остатка и молекулами воды. Вследствие разрыва водородной связи при повышении т-ры р-римость неионогенных ПАВ уменьшается, поэтому для них точка помутнения -верх. температурный предел мицеллообразования- является важным показателем. Mн. соед., содержащие подвижной атом H (к-ты, спирты, фенолы, амины), реагируя с этиленок-сидом, образуют неионогенные ПАВ RO (C2H4O)n H. Полярность одной оксиэтиленовой группы значительно меньше полярности любой кислотной группы в анионактивных ПАВ. Поэтому для придания молекуле требуемой гидро-фильности и значения ГЛБ в зависимости от гидрофобного радикала требуется от 7 до 50 оксиэтиленовых групп. Характерная особенность неионогенных ПАВ-жидкое состояние и малое пенообразование в водных р-рах.

Неионогенные ПАВ разделяют на группы, различающиеся строением гидрофобной части молекулы, в зависимости от того, какие в-ва послужили основой получения полигли-колевых эфиров. На основе спиртов получают оксиэтилиро-ванные спирты RO(C2H4O)nH; на основе карбоновых к-т - оксиэтилированные жирные кислоты RCOO (C2H4O)n H; на основе алкилфенолов и алкилнафтолов - оксиэтилированные алкилфенолы RC6H4O(C2H4O)nH и соед. RC10H6O--- (C2H4O)nH; на основе аминов, амидов, имидазолинов-оксиэтилированные алкиламины RN[ (C2H4O)n H]2, соед. RCONH(C2H4O)nH, соед. ф-лы III; на основе сульфамидов и меркаптанов- ПАВ типа RSO2NC(C2H4O)nH]2 и RS(C2H4O)nH. Отдельную группу составляют проксанолы (п л ю r о н и к и) - блоксополимеры этилен- и пропиленокси-дов НО (C2H4O)x (C3H6O)y (C2H4O)z H, где х, у и z варьируют от неск. единиц до неск. десятков, и проксамины (тетро-ники; ф-ла IV) - блоксополимеры этилен- и пропиленокси-дов, получаемые в присут. этилендиамина. Алкилацетиленгликоли служат основой получения ПАВ типа H(OC2H4)n--OCR"R:CCCR"R""O (C2H4O)nH; эфиры фосфорной к-ты-типа (RO)2P(O)O(C2H4O)nH; эфиры пентаэритрита-типа V. Неионогенными ПАВ являются продукты конденсации гликозидов с жирными спиртами, карбоновыми к-тами и этиленоксидом. Выделяют также ПАВ группы сорбиталей (твинов, ф-ла VI)-продукты присоединения этиленоксида к моноэфиру сорбитона и жирной к-ты. Отдельную группу составляют кремнийорг. ПАВ, напр. (CH3)3Si n--(CH2)3O(C2H4O)mH.

Получение неионогенных ПАВ в большинстве случаев основано на р-ции присоединения этиленоксида при повыш. т-ре под давлением в присут. катализаторов (0,1-0,5% CH3ONa, KOH или NaOH). При этом получается среднеста-тич. содержание полимергомологов, в к-рых молекулярно-массовое распределение описывается ф-цией Пуассона. Индивидуальные в-ва получают присоединением к алкоголятам полигалогензамещенных полиэтиленгликолей. Коллоидно-хим. св-ва ПАВ этого класса изменяются в широких пределах в зависимости от длины гидрофильной полигликолевой цепи и длины цепи гидрофобной части таким образом, что разл. представители одного гомологич. ряда м. б. хорошими смачивателями и эмульгаторами. Поверхностное натяжение гомологов оксиэтилированных алкилфенолов и первичных спиртов при постоянном содержании этиленоксидных групп уменьшается в соответствии с правилом Траубе, т. е. с каждой дополнит. группой CH2 поверхностное натяжение снижается. В оптим. варианте оно может достигать (28-30)· 10-3 Н/м при критич. концентрации мицеллообразования. Мицеллярная масса весьма велика; для твинов, напр., она достигает 1800. Неионогенные ПАВ менее чувствительны к солям, обусловливающим жесткость воды, чем анионактивные и катионак-тивные ПАВ. Смачивающая способность неионогенных ПАВ зависит от структуры; оптим. смачивающей способностью обладает ПАВ разветвленного строения:

Оксиэтилированные спирты C10-C18 с n от 4 до 9и плюро-ники образуют самопроизвольные микроэмульсии масло/вода и вода/масло. Неионогенные ПАВ хорошо совмещаются с др. ПАВ и часто включаются в рецептуры моющих средств.

Амфотерные (амфолитные) ПАВ содержат в молекуле гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором протона в зависимости от рН р-ра. Обычно эти ПАВ включают одну или неск. основных и кислотных групп, могут содержать также и неионоген-ную полигликолевую группу. В зависимости от величины рН они проявляют св-ва катионактивных или анионактивных ПАВ. При нек-рых значениях рН, наз. изоэлектрической точкой, ПАВ существуют в виде цвиттер-ионов. Константы ионизации кислотных и основных групп истинно р-римых амфотерных ПАВ весьма низки, однако чаще всего встречаются катионно-ориентированные и анионно-ориентирован-ные цвиттер-ионы. В качестве катионной группы обычно служит первичная, вторичная или третичная аммониевая группа, остаток пиридина или имидазолина. В принципе вместо N м. б. атомы S, P, As и т. п. Анионными группами являются карбоксильные, сульфонатные, сульфоэфирные или фосфатные группы.

По хим. строению и нек-рому сходству св-в амфолитные ПАВ делят на 5 осн. групп: 1) алкиламинокарбоновые к-ты RNH (CH2)n COOH; алкильный радикал амина обычно нормальный (прямоцепочечный), но если он расположен между аминной группой и карбоксильной, иногда имеет разветвленный характер. К этой же группе относят алкиламино-фенилкарбоновые к-ты RNHC6H4COOH; алкиламинокарбоновые к-ты с первичной, вторичной или третичной аминогруппой RCH (NH2) COOH, RCH (NHR) COOH, R(CH3)NCH2COOH; с промежут. гидроксильной, эфирной, сложноэфирной, амидной или сульфоамидной группой; в-ва с двумя и более амино- и амидогруппами, с несколькими амино- и гидроксильными группами.

• 2) Алкилбетаины представляют собой наиб, важную группу цвиттер-ионных ПАВ. Их можно разделить на 5 осн. групп: а) алкилбетаины -С-алкилбетаины RCH COO- и N-алкилбетаины RN+(CH3)2 СН2СОО- ; б) сульфит-, суль-фо-, сульфат- и фосфатбетаины RN+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH2, RC6H4CH2N+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2OP; в) амидобетаины RCONH(CH2)3 N+(CH3)2COO- ; г) оксиэтилированные бетаины RN+[(C2H4O)pH][(C2H4O)gH]CH2COO-; д) др. цвиттер-ионные ПАВ.
• 3) Производные алкилимидазолинов, в молекулах к-рых анионные и катионные группы имеют примерно одинаковые константы ионизации (ф-лы VII и VIII), где R-алкил C7-C17, R"-H, Na, CH2COOM (M-металл). По структуре и методам синтеза выделяют бетаиновые ПАВ, включающие карбокси-, сульфо-, сульфат- или сульфоэфировую группу [ф-ла IX; R" = (CH2)nCOO-, (CH2)3, CH2CH(OH)CH2 ] и прочие ("небетаиновые") имидазолиновые ПАВ [ф-ла X; R" = CH2COONa, (СН2)2 N (CH2COOH)2, (СН2)2 N= =CHC6H4SO3H, (CH2)2 OSO3H]. Сбалансированность ионизир. групп обеспечивает этим соед. хорошие коллоид-но-хим. и санитарно-гигиенич. св-ва.
• 4) Алкиламиноалкансульфонаты и сульфаты (AAAC1 и AAAC2 соотв.). Анионно-ориентир. в-ва 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 неск. основных групп и при наличии рядом с кислотной группой др. гидрофильных групп эти в-ва по св-вам и областям применения сходны с амфолитными ПАВ и обладают бактерицидным действием. В зависимости от констант ионизации можно выделить соли AAAC1 RN(R")-R:--SO3M, AAAC2 RN(R")-R: -- OSO3M, производные ароматич. аминосульфокислот RR"N--Ar--SO3M, аминосульфонаты с атомом N в гетероциклах (ф-ла XI); аминофосфаты, аминофосфонаты и др. аминосоед.: соед. 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(CH2CH2SO3Na)2. Их отличие-хорошая способность диспергировать кальциевые мыла и устойчивость к солям жесткости воды.
• 5) Полимерные амфолитные ПАВ: природные (белки, нуклеиновые к-ты и т.п.); модифицированные природные (олигомерные гидролизаты белков, сульфатир. хитин); продукты ступенчатой конденсации аминов, формальдегида, альбумина, жирных к-т; производные целлюлозы, полученные введением карбоксильных и диэтаноламиноэтильных групп; синтетические, в молекулах к-рых сочетаются структурные особенности всех приведенных выше групп амфотер-ных ПАВ (см., напр., ф-лы XII-XVI).

Применение ПАВ. Мировое произ-во ПАВ составляет 2-3 кг на душу населения в год. Примерно 50% производимых ПАВ используется для бытовой химии (моющие и чистящие ср-ва, косметика), остальное-в пром-сти и с. х-ве. Одновременно с ежегодным ростом произ-ва ПАВ соотношение между их применением в быту и пром-сти изменяется в пользу пром-сти.

Применение ПАВ определяется их поверхностной активностью, структурой адсорбц. слоев и объемными св-вами р-ров. ПАВ обеих групп (истинно р-римые и коллоидные) используют в качестве диспергаторов при измельчении твердых тел, бурении твердых пород (понизители твердости), для улучшения смазочного действия, понижения трения и износа, интенсивности нефтеотдачи пластов и т. д. Др. важный аспект использования ПАВ - формирование и разрушение пен, эмульсий, микроэмульсий. Широкое применение ПАВ находят для регулирования структурообразования и устойчивости дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой (водной и органической). Широко используются ми-целлярные системы, образуемые ПАВ как в водной, так и в неводной среде, для к-рых важны не поверхностная активность ПАВ и не св-ва их адсорбц. слоев, а объемные св-ва: резко выраженные аномалии вязкости с повышением концентрации ПАВ вплоть до образования, напр. в водной среде, кристаллизац. структур твердого мыла или твердо-образных структур (в пластичных смазках на основе нефтяных масел).

ПАВ находят применение более чем в 100 отраслях народного хозяйства. Большая часть производимых ПАВ используется в составе моющих ср-в, в произ-ве тканей и изделий на основе синтетич. и прир. волокон. К крупным потребителям ПАВ относятся нефтяная, хим. пром-сти, пром-сть строит. материалов и ряд других. Наиб. важные применения ПАВ:

• -бурение с глинистыми р-рами и обратимыми эмульсиями вода/масло. Для регулирования агрегативной устойчивости и реологич. характеристик р-ров применяют высо-комол. ПАВ-водорастворимые эфиры целлюлозы, поли-акриламид и др., в эмульсии вводят кальциевые соли прир. и синтетич. жирных к-т (C16-C18 и выше), алкилароматич. сульфонаты, алкиламины, алкиламидоамины, алкилимида-золины;
• -повышение нефтеотдачи пластов посредством мицелляр-ного заводнения (оксиэтилированные алкилфенолы и спирты, алкилароматич. сульфонаты);
• -антиокислительные, противозадирные и др. присадки в произ-ве минер. масел (мыла синтетич. жирных к-т, нефтяные сульфонаты, оксиэтилир. спирты) и пластич. смазок (производные фенолов, ариламины, алкил- и арилфосфаты);
• -регулирование смачивания при флотации железных и марганцевых руд (мыла прир. и синтетич. жирных к-т, высшие алифатич. амины), руд редких металлов (алкиларсо-новые и алкилфосфоновые к-ты, алкилароматич. сульфонаты);
• -эмульсионная полимеризация, получение полистирола и др. виниловых полимеров (карбоксиметилцеллюлоза, поливиниловый спирт, мыла синтетич. жирных к-т, алкилсульфа-ты, оксиэтилированные спирты и алкилфенолы);
• -произ-во хим. волокон (оксиэтилир. амины и амиды, проксанолы и проксамины, высшие спирты и к-ты);
• -мех. обработка металлов: адсорбц. понижение прочности, повышение скоростей резания, строгания, фрезерования (мыла прир. и синтетич. жирных к-т, алкилароматич. сульфонаты, оксиэтилир. спирты и т.д.);
• -пром-сть строит. материалов: регулирование мех. и рео-логич. св-в бетонных смесей за счет адсорбц. модифицирования компонентов (эфиры синтетич. жирных к-т, сульфонаты, алкиламины, алкилсульфаты, оксиэтилир. жирные к-ты);
• -произ-во синтетических моющих средств;
• -улучшение структуры почв, предотвращение эрозионных процессов (ПАВ-полиэлектролиты - продукты неполного гидролиза полиакрилонитрила, продукты амидирова-ния полиакриловой и полиметакриловой к-т, причем в составе полимерной цепи варьируются амидные, циклические имидные, карбоксильные и др. группы).

Биологическое разложение ПАВ. Водные р-ры ПАВ в большей или меньшей концентрации поступают в стоки пром. вод и в конечном счете-в водоемы. Очистке сточных вод от ПАВ уделяется большое внимание, т. к. из-за низкой скорости разложения ПАВ вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Сточные воды, содержащие продукты гидролиза полифосфатных ПАВ, могут вызвать интенсивный рост растений, что приводит к загрязнению ранее чистых водоемов: по мере отмирания растений начинается их гниение, а вода обедняется кислородом, что в свою очередь ухудшает условия существования др. форм жизни в воде.

Среди способов очистки сточных вод в отстойниках - перевод ПАВ в пену, адсорбция активным углем, использование ионообменных смол, нейтрализация катионактивными в-вами и др. Эти методы дороги и недостаточно эффективны, поэтому предпочтительна очистка сточных вод от ПАВ в отстойниках (аэротенках) и в естеств. условиях (в водоемах) путем биол. окисления под действием гетеротрофных бактерий (преобладающий род-Pseudomonas), к-рые входят в состав активного ила. По отношению к этому процессу ПАВ принято делить на "мягкие" и "жесткие". К жестким ПАВ относятся нек-рые алкилбензолсульфонаты (напр., тетрапропилбензолсульфонат) и оксиэтилир. изооктилфе-нолы; в настоящее время они практически не производятся. Степень биоокисления т. наз. мягких ПАВ зависит от структуры гидрофобной части молекулы ПАВ: при ее разветвлен-ности биоокисление резко ухудшается. Теоретически биоокисление идет до превращ. орг. в-в в воду и углекислый газ, практич. проблема сводится лишь к времени окисления, т. е. к кинетике процесса. Если окончат. окисление происходит медленно, ПАВ успевает произвести вредное влияние на живые организмы и прир. среду.

При биохим. очистке отработанных р-ров ПАВ окисление ведется в присут. ферментов. С увеличением т-ры скорость окисления увеличивается, но выше 350C ферменты разрушаются. Анионактивные ПАВ адсорбируются на межфазных пов-стях раздела, вследствие чего снижается ферментативный гидролиз жиров, белков и углеводов, приводящий к угнетению жизнедеятельности бактерий.

Механизм биоокисления ПАВ устанавливается путем изучения промежут. продуктов распада. Так, в промежут. продуктах распада алкилбензолсульфонатов обнаружены: алкилбензолсульфонаты с короткой алкильной цепью; суль-фофенилкарбоновые к-ты в среднем с 4 атомами С в цепи; сульфокарбоновые к-ты с 5-6 атомами С; сульфодикарбоно-вые к-ты и сульфокислоты. Это позволяет предположить, что биоразложение начинается с концевой метильной группы. Чем ближе остаток продвигается к бензольному кольцу, тем окисление происходит медленнее. Конечной стадией является распад бензольного кольца на ненасыщ. соед., к-рые окисляются достаточно быстро и полно.

Алифатич. ПАВ окисляются быстрее, чем циклические, причем сульфонаты окисляются труднее, чем сульфаты.

По-видимому, это связано с тем, что сульфаты в воде гидролизуются. Прямоцепочечные первичные и вторичные алкилсульфаты за 1 ч полностью разрушаются в сточных водах. Алкилсульфаты с разветвленной цепью окисляются медленнее, а прямоцепочечные алкилбензолсульфонаты полностью распадаются лишь за 3 сут. Биоразложение катионактивных ПАВ мало изучено, нек-рые исследователи не рекомендуют сбрасывать их в сточные воды.

Рост произ-ва ПАВ привел к появлению крупных предприятий, являющихся локальными источниками загрязнения воды. Высококонцентрир. сточные воды этих предприятий м. б. очищены микробиол. методом, основанным на использовании высокоактивных культур микроорганизмов. Получены штаммы бактерий, разрушающих алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты, сульфоэтокси-латы и др. Идентифицированы промежут. продукты распада, к-рые являются аналогами прир. в-в, нетоксичны и не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Один из важных результатов бактериального расщепления - отсутствие среди промежут. продуктов распада в-в с явно выраженной дифильностью молекул. Метод дал положит. результаты для сточных вод, содержащих 500 мг/л ПАВ. Эффективность очистки составила 95-97% за время не более 12 ч. Среди грамотрицат. бактерий обнаружены микроорганизмы (деструкторы), к-рые усваивают ПАВ как питат. субстрат.

Технологические ПАВ и их смазочная способность

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

Существенное действие технологических ПАВ выражается как в прямом, так и в косвенном (посредство изменения структуры) влиянии на поверхностные явления на границе раздела фаз смазка-металл, т.е. на смазочную и защитную способность смазок. Значительное влияние на процессы трения и изнашивания оказывают не только индивидуальные КПАВ, но и продукты окисления, образующиеся в процесе приготовления (т.е. ТПАВ) и работы смазочных материалов. Еще в 1950-е годы Д. С. Великовским с сотрудниками были разработаны присадки серии МНИ, являющиеся продуктами окисления петролатума или церезина. Показано, что носителями их функциональных свойств, в том числе противоизносных, являются эфирокислоты, содержащие активные группы СООН, СООС, ОН, а также лактонные группы, образующие квазикристаллические структуры.

Почему одни моющие составы отмывают загрязнения хорошо, даже без механического воздействия, другие плохо или вообще не отмывают, почему один и тот же автошампунь на некоторых машинах образует разводы, а на остальных нет, почему составы, хорошо моющие в Москве, плохо работают в Волгограде? Обратимся к науке. Откроем любой справочник по органической химии, раздел ПАВ .

Электростатическое взаимодействие происходит при определенной ориентации диполей полярных молекул. Молекулу по ее электрическим свойствам можно приближенно рассматривать как электрический диполь, т.е. совокупность двух равных по величине и противоположных по знаку точечных зарядов. Вследствие того, что заряды диполя находятся в разных точках пространства, они не компенсируют друг друга по напряженности и каждый из них создает свое электрическое поле. Два электрических диполя взаимодействуют между собой с силой, в четвертой степени обратно пропорциональной расстоянию между ними. Это очень важный момент, на это следует обратить внимание. В неполярных молекулах во внешнем электрическом поле возникает индуцированный дипольный момент и молекулы поляризуются. В результате возникает поляризационное или индукционное взаимодействие. В основном за счет вышеуказанных взаимодействий и образуются силы адгезии, определяющие силу прилипания поверхностей друг к другу.