CC BY
63
УДК 665
Р. Р. Мингазов, Н. Ю. Башкирцев;!, Ю. С. Овчинникова,
Д. А. Куряшов, О. Ю. Сладовская, Р. Р. Рахматуллин
ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ СВОЙСТВ ИОНОГЕННЫХ ПАВ
В ВОДНО-ГЛИКОЛЕВЫХ СИСТЕМАХ
Ключевые слова: ионогенное поверхностно-активное вещество, гликоли.
Немаловажную роль в составах ПОЖ играют ПАВ для снижения поверхностного натяжения и увеличения смачивающей способности. Поверхностное натяжение растворов ПОЖ должно быть как можно ниже, чтобы жидкость растекалась по поверхности самолета и ложилась ровным слоем. Наиболее оптимальными как по токсикологическим показателям и экологичностью, так и по поверхностно-активным свойствам для снижения поверхностного натяжения и увеличения смачивающей способности ПОЖ, из исследованных неионо-генных ПАВ, являются цвиттер-ионные ПАВ.
Keywords: ionic surfactant, glycols.
An important role in the composition of the anti icing fluids (AIF) play a surfactant to reduce surface tension and increase wettability. The surface tension of solutions AIFs should be as low as possible, so that the liquid spreads over the surface of the aircraft and lay evenly. The most optimal performance both toxicological and environmental friendliness, and so on surfactant properties to reduce the surface tension and increase the wettability of the AIFs of the investigated nonionic surfactants are zwitterionic surfactants.
Важным свойством противообдедениетель-ных жидкостей (ПОЖ) является равномерное растекание по поверхности воздушного судна и создание устойчивой пленки. Поэтому немаловажную роль в составах ПОЖ играют ПАВ для снижения поверхностного натяжения и увеличения смачивающей способности. Поверхностное натяжение растворов ПОЖ должно быть как можно ниже, чтобы жидкость растекалась по поверхности самолета и ложилась ровным слоем.
Из всех классов ПАВ наилучшей смачивающей способностью обладают анионные ПАВ (алкилсульфаты и алкилсульфонаты). Катионоак-тивные и амфотерные ПАВ обладают умеренной смачивающей способностью.
В ходе исследований были рассмотрены Сульфонол и препарат МЛ-80Б, которые представ-ляяют собой смесь анионных и неионогенных ПАВ (МЛ-80Б широко применяется в нефтепромысловой отрасли в качестве моющего препарата для обработки скважин и призабойной зоны пласта) (ПАВ № 1 и 2 согласно табл. 1) [1,2]. Исследование анионных ПАВ в качестве компонентов ПОЖ было обусловлено высокой смачивающей способностью данного класса ПАВ. В результате исследований установлено, что водные и водно-гликолевые растворы анионных ПАВ обладают высокой пенообразующей способностью и низкой по-верхностной активностью, что нежелательно для ПОЖ.
На рис. 1 представлены изотермы поверхностного натяжения некоторых представителей исследуемых цвиттер-ионных ПАВ на водно-пропилен-гликолевых растворах.
По результатам исследований установлено, что все исследуемые цвиттер-ионные ПАВ позволяют достичь значений поверхностного натяжения менее 32 мН/м. Еще одним преимуществом данного класса ПАВ является то, что практически все цвит-тер-ионные ПАВ - это мягкие ПАВ, которые обла-
дают минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду и не токсичны. В качестве кати-
Таблица 1 - Значения минимального поверхностного натяжения и ККМ для исследованных водных растворов ПАВ
№ п/п Название Класс ПАВ Минимальное поверхностное натяжение, мН/м ККМ, г/л
1 Сульфонол Анионактиные 39,40 0,0096
2 МЛ-80Б Смесь анионных и неионо-генных 33,77 0,625
3 Алкилбетаин (АБ) Цвиттер-ионные 30,40 0,0096
4 Стеариламидо- пропилбетаин (САПБ) 31,00 0,019
5 Олеиламидо-про пил-диме-тиламинооксид (ОАДАО) 28,45 0,0096
6 Олеиламидо- пропилбетаин (ОАПБ) 29,12 0,019
7 Кокоамидо- пропилбетаин (КАПБ) 30,75 0,039
8 Цетилтримети-ламмоний хлорид (ЦТАХ) Катионактивные 30,75 0,019
9 Олеиламидо-пропилтриме-тиламмоний хлорид (ОАП-ТАХ) 31,21 0,009
10 Алкилдиме-тилбензилам-моний хлорид (Катамин-АБ) 34,67 0,16
С.г.'и
а
С, б
%% Ч
0 А -^-
1
а. —
и
й —
п
С, г/л в
С. I I
г
Рис. 1 - Изотермы поверхностного натяжения для исследуемых цвиттер-ионных ПАВ: а) ОАПБ; б) КАПБ; в) АБ; г) ОАПДАО
онных ПАВ были исследованы цетилтриметилам-моний хлорид (ЦТАХ), олеиламидопропилтримети-ламмоний хлорид (ОАПТАХ) и алкилдиметилбен-зиламмоний хлорид (Торговое название Катамин-АБ). Все исследуемые катионные ПАВ уступают по поверхностной активности другим ПАВ и обладают очень высокими значениями ККМ. Это значит, к примеру, что для достижения необходимых 35 мН/м концентрация катионого ПАВ ОАПТАХ должна быть минимум 2,5 г/л (0,25 % масс.), тогда как, например концентрация неионогенного ПАВ Синтанол АЛМ-3 может составлять всего 0,15 г/л (0,015 % масс.). Соответственно, катионный ПАВ с высоким ККМ необходимо брать в 17 раз больше,
чем неионогенный ПАВ, с достаточно низким значением ККМ.
По результатам исследований установлено, что все исследуемые цвиттер-ионные ПАВ позволяют достичь значений поверхностного натяжения менее 32 мН/м. Еще одним преимуществом данного класса ПАВ является то, что практически все цвит-тер-ионные ПАВ - это мягкие ПАВ, которые обладают минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду и не токсичны.
В качестве катионных ПАВ были исследованы цетилтриметиламмоний хлорид (ЦТАХ), олеи-ламидопропилтриметиламмоний хлорид (ОАПТАХ) и алкилдиметилбензиламмоний хлорид (Торговое название Катамин-АБ). Все исследуемые катионные ПАВ уступают по поверхностной активности другим ПАВ и обладают очень высокими значениями ККМ. Это значит, к примеру, что для достижения необходимых 35 мН/м концентрация катионого ПАВ ОАПТАХ должна быть минимум 2,5 г/л (0,25 % масс.), тогда как, например, концентрация неио-ногенного ПАВ Синтанол АЛМ-3 может составлять всего 0,15 г/л (0,015 % масс.). Соответственно, катионный ПАВ с высоким ККМ необходимо брать в 17 раз больше, чем неионогенный ПАВ с достаточно низким значением ККМ.
Краевой угол смачивания определяет степень распространения капли жидкости по поверхности - чем ниже краевой угол между капелькой раствора ПАВ и поверхностью, тем ниже поверхностное натяжение, и больше капелька распространится по поверхности самолета.
В связи с высокой поверхностной активностью и перспективностью использования данных ПАВ в составе ПОЖ в качестве смачивающего агента краевой угол смачивания для данных ПАВ был исследован в широком интервале концентраций от 0,002 г/л до 1,25 г/л.
Анализ полученных результатов краевых углов смачивания показал, что при концентрации выше ККМ значения краевых углов смачивания остаются неизменными и в области высоких концентраций значения краевого угла смачивания стабильны. При концентрации ниже ККМ в изотермах смачивания появляются экстремумы. Данные экстремумы в области низких концентраций могут быть связаны с пространственным перераспределением молекул цвиттер-ионных ПАВ в межфазном слое [3-5].
Однако, несмотря на высокую поверхностную активность цвиттер-ионных ПАВ, стабильные значения краевого угла смачивания при концентрациях равных ККМ и выше значительно выше значений углов наиболее эффективных неионогенных ПАВ и составляют в среднем 35-45 град.
Таким образом, в результате исследований поверхностного натяжения выбранных ПАВ при различных концентрациях были установлены значения ККМ для каждого ПАВ и минимальные значения поверхностного натяжения, как в водных, так и в водно-гликолевых растворах.
Применение в противообледенительных составах анионных ПАВ невозможно в связи с недос-
таточным снижением поверхностного натяжения, высокого пенообразования и недостаточной эколо-гичности.
Наиболее оптимальными, как по токсикологическим показателям и экологичностью, так и по поверхностно-активным свойствам для снижения поверхностного натяжения и увеличения смачивающей способности ПОЖ, из исследованных неио-ногенных ПАВ, являются цвиттер-ионные ПАВ. Цвиттер-ион-ные ПАВ обладают более высокими поверхностно-активными свойствами и являются менее токсичными и более экологичными по сравнению с неионогенными ПАВ.
Литература
1. Н.Ю. Башкирцева. Исследование коллоидно-химических свойств ПАВ используемых в эмульсионных методах повышения нефтеотдачи пластов /Башкирцева Н.Ю., Козин В.Г., Гараев Л.А// Журнал
«Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений» № 11, Москва, 2003, с.39-42
2. Н.Ю. Башкирцева. Поверхностные свойства реагента КС-6 применяемого для добычи нефти / Башкирцева Н.Ю., Шакиров А.Н., Козин В.Г., Шапошников Д.А. // Журнал «нефтяное хозяйство» № 3, Москва, 2003, с.65-67
3. Н. Ю. Башкирцева. Коллоидно-химические свойства реагентов для регулирования вязкости Зюзеевской нефти/ Башкирцева Н.Ю. Сладовская О. Ю., Ягудин Ш. Г // Вестник Казанского технологического университета, №2, 2003, с. 252-26.
4. Н.Ю. Башкирцева. Коллоидно-химические свойства промышленных ПАВ для подготовки нефти / Башкирцева Н.Ю., Гараев Л.А., Сладовская О.Ю.// Вестник казанского технологического университета - 2014, т.17, № 22, с. 311 - 315
5. Ю.Г. Богданова. Адгезия и ее роль в обеспечении прочности полимерных композитов: учебно-методическое пособие /Богданова Ю.Г. - М: Изд-во МГУ им. М.В.Ломоносова, 2010. - 68 с.
© Р. Р. Мингазов, к.т.н., доц. каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, [email protected]; Н. Ю. Башкирцева, д.т.н., проф., зав. кафедрой химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, [email protected]; Ю. С. Овчинникова, ст. препод. той же кафедры, [email protected]; Д. А. Куряшов, к.х.н., зав. лаб. «Исследование коллоидно-химических свойств растворов» той же кафедры, [email protected]; О. Ю. Сладовская, к.т.н., доцент той же кафедры, [email protected]; Р. Р. Рахматуллин, к.х.н., доц. каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, [email protected].
© R. R. Mingazov, Ph.D., Associate Professor, Department of Chemical Technology of Petroleum and Gas processing, KNRTU, [email protected]; N. Yu. Bashkirtseva, Professor, Head. Department of Chemical Technology of Petroleum and Gas processing, KNRTU, [email protected]; Ju. S. Ovchinnikova, Senior Lecturer, the same Department, [email protected]; D. A. Kuryashov, Ph.D., Head of the Laboratory «Research on colloid-chemical properties of solutions» the same Department, [email protected]; O. Yu. Sladovskaya, Ph.D., Associate Professor the same Department, [email protected]; R. R. Rahmatiillin. Ph.D., Associate Professor, Department of Technology of basic organic and petrochemical synthesis, KNRTU, [email protected].
