Исследования характеристик свойств синтезированных диэтаноламидов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 675.043

Г. Г. Лутфуллина

ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СВОЙСТВ СИНТЕЗИРОВАННЫХ

ДИЭТАНОЛАМИДОВ

Ключевые слова: неионогенные поверхностно-активные вещества, синтез, свойства.

Синтезированы неионогенные поверхностно-активные вещества на основе жирных кислот рапсового и подсолнечного масел и диэтаноламида. Исследованы их свойства.

Keywords: nonionic surface-active substances, synthesis, propertie.

Nonionic surface-active substances on the basis of fat acids of rape and sunflower oils and dietanolamid are synthesized. Their properties are investigated.

В настоящее время поверхностно-активные вещества (ПАВ) - один из наиболее развивающихся классов химических продуктов.

Цель данной работы - получение диэтаноламидов из жирных кислот рапсового, подсолнечного масел (ЖК?М, ЖКПМ) и диэтаноламина (ДЭА), а также исследование их свойств.

Жирные кислоты подсолнечного и рапсового масел содержат в своем составе предельные кислоты: линолевую, линоленовую, олеиновую, пальмитолеиновую,

гадолеиновую, эруковую, содержащие в молекулах от 1 до 3 двойных связей. Получают их гидролизом соответствующего масла с последующей очисткой дистилляцией. Характеристики исследуемых кислот представлены в таблице 1.

Таблица І - Характеристика кислот

Кислоты Температура Йодное число, мг Кислотное число, мг

застывания,°С J2/100 г КОН/г

Ж^М 11,8 113,6 178,0

P ЖКПМ 18,0 132,0 188,1

Счет молекулярной массы велся исходя из хроматографического состава [1].

ЖКРМ: С016-3,9 С11б-0,5 С118-64 С218-20,9 С318-9,9;

ЖКПМ: С01б-5,1 С11б-0,5 С018-0,8 С118-16,1 С218-74,8 С318, С%-2,7,

0 1 0 где С 16- пальмитиновая кислота; С 16- пальмитинолеиновая кислота; С 18- стеариновая

кислота; С118- олеиновая кислота; С218 - линолевая кислота; С318 - линоленовая кислота; С120

- гадеолеиновая кислота; С122- эруковая кислота.

Применение для синтеза диэтаноламидов ЖКРМ, ЖКПМ и ДЭА позволяет расширить ассортимент известных неионогенных ПАВ (нПАВ).

При эквимольном соотношении реагентов реакция идет по схеме:

КС00Н+МН(С2Н40Н)2^КС(0)М(СН20Н20Н)2+Н20, где К - остаток жирной кислоты.

Получены диэтаноламиды на ЖКРМ - КРДА и на ЖКПМ - КПДА.

Контроль реакции осуществлялся по изменению К.Ч., достигшего в конце процесса 4,5 мгКОН/г у КРДА и 5,5 мгКОН/г у КПДА.

Продолжительность синтеза составила 7,0-7,5 ч как для КРДА, так и для КПДА.

При комнатной температуре синтезированные продукты - вязкие массы темнокоричневого цвета.

Строение полученных диэтаноламидов подтверждается данными ИК-спектроскопии (рис. 1,2). ИК-спектры содержат сильную широкую полосу поглощения в области

3500-3300 см-1 , отвечающую валентным колебаниям —ОН в ассоциированных спиртовых группах. В этой же области проявляются валентные колебания Ы-Н в амидах. Сильные широкие полосы поглощения в области 2960-2860 см-1 отвечают асимметричным и симметричным валентным колебаниям метиленовых групп.

Рис. 1 - ИК-спектр КРДА

Рис. 2 - ИК-спектр КПДА

Полоса поглощения в области 1740 см-1 отвечает валентным колебаниям С=О в амидах, так называемая первая амидная полоса [2]. Интенсивная полоса поглощения в области 1600 см-1 (“II амидная полоса”) обусловлена деформационными колебаниями Ы-Н группы. Интенсивная полоса поглощения в области 780 см-1 отвечает внеплоскостным веерным колебаниям Ы-Н группы в амидах [2]. Полосы в области 1480 см-1 и 1200 см-1 обусловлены взаимодействием между деформационными колебаниями Ы-Н и валентными колебаниями С-N группы С-Ы-Н.

Основным критерием оценки действия ПАВ является снижение поверхностного натяжения [3]. Результаты экспериментов подтвердили, что поверхностное натяжение растворов ПАВ резко уменьшается с ростом концентрации вплоть до ККМ, а затем остается постоянным (рис. 3).

1д С, масс. %

-■■О - 1 □ 2

Рис. 3 - Изменение поверхностного натяжения синтезированных ПАВ: 1 - КРДА, 2 -КПДА

На кривых видны точки излома, которые составляют ККМ КРДА и КПДА (рисунок 3, кривые 1 и 2 соответственно): 3,7-3,8*10-3 моль/дм3. Выше ККМ в растворах самопроизвольно протекают процессы образования мицелл и истинный раствор переходит в ультрамикрогетерогенную систему (золь).

Точка перехода от криволинейного к прямолинейному наклонному участку на изотермах соответствует концентрации ПАВ, при которой достигается предельная адсорбция (С^ и соответствует 1,88*10-3 моль/дм3. Выше ^ ПАВ проявляют свои эмульгирующие и пенообразующие свойства.

Степень адсорбции ПАВ на поверхности зависит от строения их молекул. Количественной характеристикой, обусловливающей области применения ПАВ, является соотношение между гидрофильной и гидрофобной частями, или ГЛБ.

Существует взаимосвязь между точкой помутнения, значением ГЛБ и выбором определенного ПАВ для заданного применения. В системе ГЛБ нПАВ классифицируется по шкале от 0 до 20 [4]. Результаты расчета ГЛБ для КРДА и КПДА (табл. 2) показали, что синтезированные нПАВ могут применяться в качестве эмульгаторов «масло в воде» и являются прозрачными дисперсиями, легкорастворимыми в воде.

Известно, что температурный режим приготовления устойчивой эмульсии определяется точкой помутнения ПАВ. Температура точки помутнения синтезированных КРДА и КПДА в среднем составила 82 °^

Способность к пенообразованию характеризуется кратностью пены - отношением объема пены к объему раствора ПАВ. Кратность пены составила 0,048-0,050. Невысокое значение подтверждает наличие в синтезированных продуктах свойств нПАВ, в частности, относительно низкой пенообразующей способности.

Пеностабилизирующая способность характеризуется кинетической устойчивостью во времени.

Известно, что стабилизирующее и эмульгирующее действия ПАВ тесно связаны. От них, в конечном счете, зависит агрегативная устойчивость эмульсии, которая обычно характеризуется продолжительностью существования (времени жизни) отдельных капелек в

контакте друг с другом или с межфазной поверхностью или же скоростью расслаивания эмульсии. Испытания полученных эмульсий на стабильность проводились путем разбавления их до 0,5% концентрации и энергичном встряхивании. Наблюдения в течение 2-х и более часов показали, что эмульсии не расслаиваются. Следовательно, полученные эмульсии стабильны.

Стабилизирующее действие ПАВ объясняется существованием различных натяжений между дисперсной фазой (маслом) и дисперсионной средой (водой) [5].

Исследованные свойства синтезированных веществ представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Свойства водных растворов КРДА и КПДА

Показатель Значение

ККМ, моль/дм3 3,7-3,8*10-3

ГЛБ 12,63-12,65

Температура помутнения водного раствора концентрацией 1,0 г/дм3, ^ 81,0-82,0

Кратность пены 0,048-0,050

Устойчивость эмульсии в течение 2 часов Устойчивы

pH 1% водного раствора 6,5-6,6

Таким образом, результаты изучения строения и свойств синтезированных КРДА и

КПДА подтвердили наличие в последних поверхностно-активных свойств: эмульгирующих,

пенообразующих, смачивающих, стабилизирующих.

Литература

1. Ржехин, В. П. Руководство по методам исследования, технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности: в 3 т./ В.П. Ржехина и А.Г. Сергеева. - Л.: Химия, 1987. Т.1: Общие методы исследования жиров и жиросодержащих продуктов (Химия и анализ). -1987. -248 с.

2. Сильверстейн, Р. Спектрометрическая идентификация органических соединений/ Р. Сильверстейн, Г. Басслер, Т. Моррил. - М.: Мир, 1977. -592 с.

3. Рейхсфельд, В.О. Лабораторный практикум по синтетическим каучукам/В.О. Рейхсфельд, Л.Н. Еркова, В.Л. Рубак. - Л.: Химия,1967. -228 с.

4. Ланге К. Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / К. Р. Ланге; под науч. Ред. Л. П. Зайченко. - Спб.: Профессия, 2004. - 240 с., ил.

5. Шерман Ф. Эмульсии/ Ф. Шерман. - Л.: Химия, 1927. - 448 с.

© Г. Г. Лутфуллина - канд. техн. наук, доц. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ, [email protected].