Экологически безопасные детергенты Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 544.7

Э.Ф. Закиева

магистрант 1 курса Бирский филиал БашГУ

г. Бирск, РФ E-mail: [email protected] А.Р. Махмутов

канд. хим. наук, доцент Бирский филиал БашГУ

г. Бирск, РФ E-mail: [email protected]

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ДЕТЕРГЕНТЫ

Аннотация

В статье рассмотрены поверхностно-активные вещества. Особое внимание уделено механизму действия, классификации детергентов. Приведены наиболее безопасные поверхностно-активные вещества.

Ключевые слова: Поверхностно-активные вещества, механизм действия детергентов.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения [1, с. 304].

Благодаря высокой поверхностной активности, эти вещества обладают моющим, дезинфицирующим и растворяющим (солюбилизирующим) действием. ПАВ находят широкое применение при приготовлении различных дезинфицирующих, фармацевтических препаратов, в практике биохимических производств и научных лабораторий [4, с. 239].

Механизм действия. Молекулы ПАВ имеют амфифильное строение, то есть их молекулы состоят из полярной части, гидрофильного компонента (функциональные группы -ОН, -СООН, ^ОООН, -О- и т.д., или их соли) и неполярной (углеводородной) части, липофильного компонента. На границе раздела фаз к воде ориентируется гидрофильная группа, а к масляной фазе или воздуху - углеводородный радикал.

Благодаря силам межмолекулярного притяжения, в водной среде при определенной концентрации молекулы ПАВ происходит ассоциация (объединение) молекул детергентов с образованием мицелл. Все углеводородные группы находятся в центре мицеллы, а гидрофильные группы - снаружи. Мицелла способна «захватывать» частички водонерастворимых веществ и создавать стойкие эмульсии, так как слипанию мицелл препятствует одноименный заряд их поверхностей. На этом принципе основано моющее действие ПАВ (рис. 1.). Загрязнения представляют собой жировую пленку с частичками пыли. ПАВ эмульгируют загрязнения, после чего эмульсия легко смывается водой [7, с. 392].

Соединение ПАВ Отрыв загрязнения Выход в раствор загрязнений

и загрязнения от поверхности связанных с ПАВ

Рисунок 1 - Механизм действия детергентов

~ 19 ~

2410-6070 ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА №2 / 2019

Классификация ПАВ. По характеру использования детергенты делят на моющие средства, эмульгаторы, смачиватели, солюблизаторы.

Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки поверхности твёрдых тел от загрязнений.

Эмульгаторы - вещества, которые обеспечивают создание эмульсий из несмешивающихся жидкостей.

Смачиватели - вещества, вызывающие пептизацию или диспергирование, т.е. измельчение твёрдых тел на мелкие частички или жидкой фазы на мелкие капельки.

Солюблизаторы - вещества, которые помогают повысить растворение частиц другого вещества, слаборастворимого в данной жидкой среде [5, с. 72].

По способности к диссоциации в водных растворах детергенты делят на ионогенные и неионные. Ионогенные, в свою очередь, делят на анионные, катионные, амфотерные (амфолитные) [4, с. 239].

Анионные ПАВ - это органические соединения, диссоциирующие в водных растворах с образованием анионов. АПАВ - наиболее распростаненный тип детергентов. Главное достоинство анионных ПАВ -относительная простота их производства и небольшая стоимость. Анионные ПАВ входят в большинство моющих средств и проявляют поверхностную активность, в основном, в щелочной среде. Чаще всего их используют как смачивающие и моющие реагенты, реже - как эмульгатор [2, с. 200]. Производство анионных ПАВ составляет примерно 60 % от общего количества ПАВ [9, с. 444].

К АПАВ относятся:

- алкилсульфаты R-O-SOзH и их соли;

- сульфосукцинаты ROC(O)CH2CH(SOзNa)COOH; ROC(O)CH2CH(SOзNa)COOR;

- алкилэфиросульфаты R-(CH2CH2O)nOSOзH;

- карбоксиэтоксилаты R-O-(CH2CH2O)nСH2COOH;

- фосфаты и полифосфаты ROP(OH)2O; (ИО^Р(ОН)О.

Длина углеводородных радикалов может составлять от 10 до 20 атомов углерода.

Катионные ПАВ - это органические соединения, в водном растворе диссоциируют с образованием катионов. Моющая способность КПАВ низкая, они обладают низкой «биоразлагаемостью», являются токсичными и используются для изготовления бактерицидных и дезинфицирующих препаратов [6, с. 400]. По потреблению эти ПАВ находятся на третьем месте после анионных и неионогенных ПАВ. Производство катионных ПАВ составляет около 10 % от общего количества производимых ПАВ [9, с. 444].

К данному классу ПАВ относятся:

RNH2, R2NH, RзN - первичный, вторичный, третичный амины;

сн3

I 3 ^-СНз

- СН3 -

I 3 и-:!—Сн3

I 3

_ СН3 _

С1

И

1_ СН3 J

+

СГ

четвертичная соль аммония или триметилалкиламмоний хлорид;

и

С1 ^

и

+ С1-

четвертичная соль пиридиния или алкилбензилпиридинийхлорид.

Амфолитные ПАВ - это органические соединения, которые в водных растворах ионизируются и ведут себя в зависимости от условий, зависящей в основном от рН среды. В кислом растворе ведут себя как катионоактивные, а в щелочном - как анионоактивные ПАВ.

ШЩСЩпСОО- ^ШЩСЩпСООН ^ШЩСЩпСООН

К амфотерным ПАВ чаще всего относят соединения, содержащие одновременно карбоксильную и аминогруппу И^НИ^ОО", сульфоэфирную и аминогруппу RN+HRlОSOз", сульфонатную и аминогруппу

~ 20 ~

RN+HRlSOз^

Наиболее типичный представитель - альфа-алкил-бетаин [8, с. 290].

Неионогенные ПАВ - это органические соединения, которые растворяются в воде, не образуя ионов. По потреблению они занимают второе место после анионных ПАВ (около 30 % от общего производства) [9, с. 444].

НПАВ являются перспективной и быстро развивающийся группой. К ним относятся: лаурил сукцинат, алкилполигликозид, децил гликозид, полисорбаты. НПАВ получают оксиэтилированием растительных масел.

В отличие от ионных ПАВ, неионные не оказывают раздражающего действие на кожу. Проявляют хорошие моющие свойства, обладают хорошей биоразлагаемостью, недорогие в производстве. Многие из таких веществ не имеют на вкуса, ни запаха. Благодаря этим свойствам, НПАВ широко применяются в пищевой, парфюмерной и фармацевтической промышленностях. Они обладают обычно низкой пенообразующей способностью и могут использоваться как пеногасители [3, с. 55].

К данному классу ПАВ относятся:

RO(C2H4O)nH ,

V * ч /и - полигликолевые эфиры жирных спиртов;

RCOO(C2H4O)nH ,

'11 - полигликолевые эфиры жирных кислот;

RCONH(C2H4O)nH ,

'11 - полигликолевые эфиры амидов жирных кислот;

R^ ^O(C2H4O)nH

- полигликолевые эфиры соединений с алкилароматическими группами;

RO(C2H4O)nH

R-CON'

RO(C2H4O)nH

- ацилированные или алкилированные полигликолевые эфиры

алкиламидов.

В настоящее время 80% продукции делается на основе нефтехимических ПАВ. Несмотря на то, что гораздо экологичнее и безопаснее использовать эти вещества растительного происхождения. Ведь они полностью разлагаются и не приносят вреда ни человеку, ни природе.

Для их получения используются масла, жиры, сахара, добываемые из возобновляемых источников, например, кукуруза, сахарный тростник, кокос. Именно из таких веществ делают безопасные биосредства.

К наиболее безопасным детергентам, используемые при производстве «натуральной» (органической) косметики, принято относить:

Decyl Glucoside - неионогенный ПАВ растительного происхождения, используют в качестве загустителя.

Lauryl Glucoside - детергент, получаемый из натурального сырья, например, из кокосового масла и глюкозы. Он повышает вязкость, образует пену, обладает мягким свойством. Поэтому это вещество используют при изготовлении детских шампуней, гелей, пены для ванны.

Decyl Polyglucose - получают из кукурузного крахмала, пшеничного зерна и кокоса.

Vegetable Decyl Glucoside - комбинация ПАВ, получаемая из жирных кислот кокосового масла и углеводов сахарного тростника.

Sodium Palmate - пальмат натрия. Его получают из пальмового масла.

Cocamidopropyl Hydroxysultaine - добывают из кокосового масла.

Sodium Cocoamphoacetate - амфотерное ПАВ. Его выделяют из жирных кислот кокосового масла. Применяют для усиления пенообразования [4, с. 239].

Список использованной литературы: 1. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества: свойства и применение / Химия. Изд. 2-е, перераб. и

доп. Л., 1981. 304 с.

2. Волков В.А. Поверхностно-активные вещества в моющих средствах и усилителях химической очистки. М.: Легпромбытиздат, 1985. 200 с.

3. Воробьев С.И. Неионогенные поверхностно-активные вещества. Физико-химические и биологические свойства: учеб. пособие. М: ИПЦ МИТХТ, 2007. 55 с.

4. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение: справочник. СПб: Профессия, 2007. 239 с.

5. Мчедлов-Петросян О.П., Лебедь А.В., Лебедь В.И. Коллоидные поверхностно-активные вещества: учебно-методическое пособие. / ХНУ имени В.Н. Каразина. Изд. 2-е, Харьков, 2009. 72 с.

6. Паушкин Я.М. Нефтехимический синтез в промышленности: монография. М.: Наука, 1966. 400 с.

7. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: справочник / под ред. А.А. Абрамзона, Е.Д. Щукина. Л.: Химия, 1984. 392 с.

8. Файнгольд С.И., Кууск А.Э., Кийк Х.Э. Химия анионных и амфолитных азотсодержащих поверхностно-активных веществ: монография. Таллин: Валгус, 1984. 290 с.

9. Щукин Е.Д. Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия: учеб. для бакалавров / Юрайт. Изд. 6-е. М., 2012. 444 с.

© Закиева Э.Ф., Махмутов А.Р., 2019