Пена

О СТРУКТУРЕ ПАВ

Все ПАВ независимо от состава и способа получения псі своей структуре подразделяются на несколько классов.

1. Наиболее распространенные и наиболее потре* бл яемые - анионоактивные.

Туалетное мыло, которым мы умываемся, состоит в основном из анионоактивного вещества, правда, живот­ного происхождения-смеси стеарата и олеата натрия, т. е. натриевых солей стеариновой и олеиновой кислот. Молекулы анионоактивного вещества-стеарата натрия в водных растворах диссоциируют с образованием анио­на-кислотного остатка: і

C17H35COONaЈ>[C17H35COO]- + Na+

Сгеарат-анион

Эта часть молекулы является носителем поверхносТ| ной активности.

В синтетических ПАВ типа R SO, Na анион содержит длинные углеводородные цепочки (от 8 до 18 атомов уі лоро да). Нетрудно догадаться, что основной путь полу­чения моющих веществ этого типа-сульфирование, т. е. введение в молекулу исходного органического соединения сульфорруппы - SO3H. Достигается это действием серной кислоты. Затем продукт сульфирования нейтрализуют щелочью и получают растворимую соль, молекулу кото­рой можно изобразить в виде головастика. Хвостик у этого головастика гидрофобный, головка-гидрофиль­ная. Это и есть тот случай, когда в одной молекуле соче­таются два свойства: молекула дифильна. Дифильны мо­лекулы всех ПАВ независимо от класса, к которому по структуре они принадлежат.

Адсорбируясь на границе раздела воздух-вода или масло-вода, гидрофильная головка всегда «плавает» в воде, а гидрофобный хвостик «торчит» в воздухе или масле.

В производстве мыл и многих других мылоподобных пенообразующих средств используют жирные карбо- новые кислоты RCOOH, получаемые гидролизом расти­тельных и животных жиров, а в последние годы-в основ­ном гидролизом синтетических жирных кислот (СЖК), которые, в свою очередь, получают из парафинов, извле­каемых при очистке и переработке нефти.

Наибольшее значение из солей монокарбоновых кис­лот имеют мыла (натриевые, калиевые и аммонийные) жирных кислот и мыла (натриевые, реже калиевые) смо­ляных кислот. Косметическая промышленность предпо­читает пенообразователи из фракционированных жирных кислот кокосового масла в смеси с оливковым или касто­ровым маслом.

Среди большого числа анионоактивных веществ, составляющих основу многокомпонентных композиций синтетических моющих средств, очень широко приме­няются алкиларилсульфонаты и алкилсульфаты. В боль­ших объемах анионоактивные ПАВ изготавливаются для использования в пожарной технике для тушения пожаров пеной. Все эти ПАВ синтезируют из бензола, керосина, газойля и высших жирных спиртов.

2. Менее распространены ПАВ катионоактивного ти­па. Носителями поверхностной активности в молекулах таких ПАВ, как это следует из названия, служат катионы. Например, типичное катионоактивное ПАВ-производное четвертичного аммонийного основания, имеет такую o6j Шую формулу:

Ь

I

R—+N—с ОН-

I

А

Здесь а, Ь, с-короткие радикалы, a R - длинный углевод дородный радикал, содержащий от 8 до 18 атомов углеч рода. Это вещество диссоциирует на катион сложного coj става и анион (чаще всего это хлор-, бром-, или ацетат! ион).

Сырьем для катионоактивных ПАВ, имеющих хозяй-] стенное значение, служат амины, получаемые из жирных кислот и спиртов.

Катионоактивные ПАВ используются в качестве пе­нообразователей в меньшей степени. Однако следует от­метить, что катионоактивные ПАВ способны гидрофоби зировать поверхности, с которыми они соприкасаютсі Это позволяет применять их как флотореагенты: зерна полезных ископаемых, подлежащих отделению от пусто породы, становятся несмачивасмыми, что облегчае и ускоряет обогащение. Эффект гидрофобизации иногд оказывается полезным и при использовании катионоак тивных ПАВ в составе моющих средств: образование не - смачиваемой поверхности ускоряет сушку очищаемы тканей, емкостей или машин.

3. В водных растворах совсем не диссоциируют веще­ства неионогенного типа, к которым относятся высокомо - іскулярньїе производные целлюлозы, сапонины, ЛИГІІО-

Сульфоновые кислоты, соли альгнниновой кислоты и другие.

В отечественной практике наибольшее распростране­ние из веществ этого типа получили ПАВ, изготавли­ваемые на основе этипеноксида и продуктов переработки угля и нефти. К ним относятся многочисленные вещества типа ОП (ОП-7, ОП-Ю, ОП-20), особенно широко приме­няемые в текстильной промышленности в качестве сма­чивателей. Их синтезируют конденсацией этипеноксида с алкилфенолами. В результате получается полиэфир сложного строения.

В молекулах веществ неионогенного типа гидрофиль­ной является полиоксиэтиленовая часть молекулы. Неио - ногенные ПАВ-наиболее перспективный класс ПАВ, ко­торые уже сейчас используются в производстве пенопо - лимеров и моющих средств, в пожарной технике и т. д.

Не менее 85-90% таких ПАВ получают при взаимо­действии этипеноксида со спиртами, фенолами, карбо - новыми кислотами, аминами и другими соединениями с реакционноспособными атомами водорода.

Вещества неионогенного типа можно получить и на основе моно - и диэфиров сахарозы. Они не ядовиты, не имеют запаха и вкуса. Они совсем не раздражают кожу, поэтому их очень удобно применять в косметических пре­паратах. В Италии и Японии такие «сахарные» ПАВ раз­решено применять даже в пищевой промышленности. С добавкой такого «мыла» хлеб долго сохраняет свои первоначальные свойства-запах, вкус и даже мягкость. Малые добавки таких ПАВ к пиву обеспечивают его со­хранность на многие месяцы.

4. Четвертую группу синтетических ПАВ составляют вещества, которые в шутку можно назвать «приспосо­бленцами». В нейтральной среде они ведут себя как неио - ногенные, в кислой-как анионоактивные, в щелочной - как катионоактивные. Их название - сшфолитные ПАВ. Типичными амфолитами являются белки. По химическим свойствам амфолитные ПАВ сходны с амфотерными не­органическими гидроксидами. Амфолитные ПАВ хорошо растворяются в воде и в большинстве органических растворителей.

Поверхностно-активные вещества используются всег­да в виде растворов, в основном в виде водных раство­ров. Перечислим важнейшие свойства растворов ПАВ.

1. Даже в очень разбавленных растворах ПАВ вслед­ствие адсорбции и ориентации молекул на поверхности раздела фаз наблюдается понижение поверхностного на­тяжения. В результате в таких растворах легко осущест­вляются процессы эмульгирования, смачивания, диспер­гирования, ценообразования.

2. При малых концентрациях ПАВ в растворах веще­ство находится в молекулярной форме. Повышение кон­центрации ПАВ до определенного значения (критическая концентрация мицеллообразования) приводит к образо­ванию агрегатов из десятков молекул ПАВ, так назы­ваемых мицелл. Мицеллы-это уже новая фаза, и рас­творы ПАВ в отличие от истинных растворов представ­ляют собой микрогетерогенную систему типа коллоид­ной.

3. Мицеллообразование приводит к уменьшению за­паса свободной энергии в растворах ПАВ. Этот процесс неизбежен в концентрированных растворах пенообразова­телей. Если в раствор ПАВ ввести измельченное твердое или жидкое (в виде капель) вещество, то молекулы ПАВ из раствора будут адсорбироваться на их поверхности, пока не образуется насыщенный адсорбционный слой. При этом мицеллы разрушаются и вновь образуется ис­тинный раствор.

Наличие мицелл в растворах ПАВ установлено еще в прошлом веке, а вот форма и размер мицелл продол - Жліоі" быть предметом исследований и дискуссий. Мы ограничимся констатацией факта существования мицелл.

4. Для растворов ПАВ характерно явление со. іюбили- Jaifuu. Оно состоит в том, что молекулы водонераство - римых углеводородов растворяются в растворах ПАВ. Происходит это за счет взаимодействия мицелл с моле­кулами углеводородов. Это явление широко используется в технике.

Если весь объем ПАВ, изготавливаемых промышлен­ным путем, принять за 100%, то на долю анионоактив - Ных придется около 80%, неионогенным отведено около 15%. Оставшиеся 5% распределяются между катионоак - тивными (3-4%) и амф'олитными (1-2%). В разных странах статистика различна, но близка к этому соотношению.