Вы можете купить ПАВ (поверхностно-активные вещества) у нас. Звоните: (+38 044) 228-08-72.

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

Благодаря моющим, смачивающим, эмульгирующим, диспергирующим и другим ценным свойствам ПАВ находят широкое применение в производстве моющих и чистящих средств, косметических и фармацевтических препаратов. Латексов. Каучука. Полимеров. Химических средств защиты растений, текстиля, кожи и бумаги, строительных материалах, ингибиторов коррозии, при добыче, транспортировке и переработке нефти и др. Большая часть ПАВ (по оценке 55-60 %) применяется для производства синтетических моющих средств (СМС).

Применяющиеся в настоящее время синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) делятся на 4 класса:

• анионные ПАВ - соединения, которые в водных растворах диссоциируют с образованием анионов, обусловливающих поверхностную активность. Среди них наибольшее значение имеют линейный алкилбензосульфонат, сульфаты и сульфоэфиры жирных кислот;
• амфотерные (амфолитные) ПАВ - соединения, которые в водных растворах ионизируются и ведут себя в зависимости от условий (главным образом от рН - среды), т. е. в кислом растворе проявляют свойства катионных ПАВ, а в щелочном растворе - анионных ПАВ. Среди основных амфотерных ПАВ следует отметить алкилбетаины, алкиламинокарбоновые кислоты, производные алкил имидазолинов, алкиламиноалкансульфонаты.
• неионогенные ПАВ - соединения, которые растворяются в воде, не ионизируясь. Растворимость неионогенных ПАВ в воде обуславливается наличием в них функциональных групп. Как правило, они образуют нитраты в водном растворе вследствие возникновения водородных связей между молекулами воды и атомами кислорода полиэтиленгликолевой части молекулы ПАВ. К ним относятся: полигликолевые эфиры жирных спиртов и кислот, полигликолевые эфиры амидов жирных кислот, ацилированные или алкилированные поли гликолевые эфиры алкиламидов.
• катионные ПАВ - соединения, которые в водном растворе диссоциируют с образованием катионов, определяющих поверхностную активность. Среди катионных ПАВ наибольшее значение имеют четвертичные аммониевые соединения, имидазалины, жирные амины.

Основным сырьем для много тоннажного производства ПАВ - продукты нефтепереработки и нефтехимического синтеза: низкомолекулярные и высшие парафины, олефины, синтетические жирные кислоты, высшие жирные спирты, алкилпроизводные бензола и фенола, окись этилена и др.

Известным является тот факт, что первое ПАВ - мыло - «живет» уже почти 4000 лет, однако в 50-е годы оно уступило свои позиции моющим и чистящим средствам на основе алкилбензолсульфоната. Тем не менее, в мире потребляется ежегодно 9 млн. т мыла. Таким образом, мыло остается наиболее распространенным в мире ПАВ, за ним следует АБС. Мыло, по оценкам стратеги-ческого маркетинга, находится в течение мно-гих лет в так называемой «фазе насыщения». «Фаза дегенерации», наверняка, никогда не наступит, пока живет человечество.

ПАВ в косметике

Понятие «Косметика» объединяет широкий спектр разнообразных про-дуктов, предназначенных для ухода за волосами и телом человека. Это шампу-ни для волос и жидкое мыло; красящие средства для волос; средства для ухо-да за волосами после мытья; ополаски-ватели, бальзамы и т.п.; косметические крема для лица, тела, рук в т. ч. лечебно-профилактического действия.

Современные шампуни — это мно-гофункциональные продукты, которые содержат различные ингредиенты, обес-печивающие мягкость действия, стабиль-ность, пенообразование, улучшающие внешний вид и гриф волос.
Основу сырьевых компонентов шам-пуней составляют поверхностно-актив-ные вещества (ПАВ), а также различ-ные полезные добавки, в т. ч. и биоло-гически активные.
В качестве основных ПАВ использу-ются анионные вещества, которые обес-печивают достаточный моющий эффект и пенообразование при щадящем дей-ствии на кожу и волосы.

Для обычных серийных шампуней анионные ПАВ (алкилсульфаты и алкилэфирсульфаты)
С целью получения «мягких» шам-пуней в смеси с ними применяются алкиламидоэфирсульфаты, сульфосукцинаты, и в меньшей степени, изотионаты, саркозинаты и др.
К вспомогательным ПАВ относят амфотерные, неионные и катионные вещества. Они необходимы в составах шампуней для повышения совместимо-сти основных ПАВ с кожей и волосами, повышения пенообразующих свойств, регулирования вязкости, снижения обез-жиривающего действия. С этой целью широко используются производные имидазолина, бетаины, алкилоламиды, оксиды аминов.
Алкилоламиды, гликолевые эфиры жирных спиртов используются в каче-стве солюбилизаторов для введения от-душек и других гидрофобных компонен-тов (масел, биологически активных ве-ществ).

Катионные, неионные ПАВ, бета-ины используются как кондициониру-ющие агенты, снимающие заряды ста-тического электричества и облегчающие расчесывание сухих и влажных волос.

Наиболее действенными антистатиками являются катионные ПАВ — четвертичные аммониевые соединения, хотя существуют проблемы несовместимос-ти с анионными ПАВ. Однако, в смеси с неионными и амфотерными вещества-ми удается достигнуть желаемого эф-фекта и сохранить стабильность гото-вого продукта.
Окиси аминов, оксиэфиры алкилфосфатов также используются для умягче-ния волос, снижения их электризуемости.

Отдельную группу среди шампуней, жидкого мыла, пен для ванн составляют особо «мягкие» составы, предназначен-ные для детей и взрослых с чувствитель-ной кожей, т. е. составы повышенной мягкости с точки зрения воздействия на ко-жу. Здесь требования к сырью особенно высокие. Чаще всего в качестве актив-ного начала используется смесь алкилэфирсульфатов с амфотерными ПАВ — производными имидазолина, а также бетаины и моноалкилсульфосукцинаты. Такая же основа используется в противоперхотных и лечебных шампунях.

Анионные ПАВ

Основными видами ПАВ, используемых в составе СМС, являются алкилбензосульфонаты с линейной алкильной цепью (ЛАБС) и производные спиртов С12-С15 (этоксилаты, сульфаты, этоксисульфаты спиртов). ЛАБС и сульфаты спиртов, наряду с мылом, относятся к анионным ПАВ, этоксилаты спиртов - к неионогенным (неионным) ПАВ.

Неионные ПАВ

Вторым важным видом ПАВ для СМС являются неионные ПАВ, получаемые оксиэтилированием высших жирных спиртов или алкилфенолов

Наиболее часто используемые неион-ные ПАВ — это оксиэтилаты жирных спиртов, которые могут основываться как на линейном, так и разветвленном спирте. Если этоксилаты на базе длинноцепочечных спиртов (С12-С15) благо-даря лучшей моющей способности боль-ше используются в рецептурах CMC для прачечных, то для чистки твердых по-верхностей предпочтительней исполь-зовать этоксилаты на базе короткоцепочных спиртов (С9-С11). Эти этокси-латы отличаются лучшей смачивающей способностью и краевым углом смачи-вания по отношению к твердым повер-хностям. В целом неионные ПАВ бла-годаря вариабильности их основы и сте-пени оксиэтилирования или пропоксилирования можно идеальным образом подогнать под конкретную задачу. Они, как правило превосходят анионные ПАВ как по чистящему, так и обезжириваю-щему действию и в зависимости от про-филя использования эмульгируют боль-ше или меньше масла и жиры.

Амфотерные ПАВ

Из группы амфотерных ПАВ наиболее часто используют производные бетаина (например, кокаминопропил бетаин)). В сочетании с анионными ПАВ они улучшают пенообразующую способность и повышают безвредность рецептур, а при соединении с катионными полимерами усиливают положительное воздействие силиконов и полимеров на волосы и кожу. Эти производные получают из природного сырья, поэтому они являются достаточно дорогостоящими компонентами.

Мы предлагаем такие поверхностно-активные вещества (ПАВ) :

Неионогенные ПАВ

Соединения, которые растворяются в воде без образования ионов, называют неионными. Их группу представляют полигликолевые и полигликоленовые эфиры жирных спиртов (например, фейстензид - Disodium Laurethsulfosuccinate - текучая жидкость, состоящая из лимонной кислоты и жирных спиртов). Получают неионные ПАВы оксиэтилированием растительных масел (касторовое, ростков пшеницы, льна, кунжута, какао, календулы, петрушки, риса, зверобоя). Неионные ПАВ существуют только в жидкой или пастообразной форме, поэтому не могут содержаться в твердых моющих средствах (мыло, порошки).

Водные растворы сложных эфиров жирных кислот являют собой дисперсионный мицельный раствор, который часто называют «умным мылом», поскольку он эмульгирует грязь и жир, удаляя их с поверхности кожи и волос, не повреждая защитную мантию.

Свойства неионных ПАВ

Этот вид ПАВ привносит моющему средству мягкость, безопасность, экологичность (биоразлагаемость неионных тензидов составляет 100%). Они стабилизируют мыльную пену, обладают мягкими свойствами загустителя, оказывают брадикиназное и полирующее действие, реставрируя наружные слои эпидермиса и волос, способствуют активизации действия лечебных добавок очищающего препарата.

Это наиболее перспективный и быстро развивающийся класс ПАВ. Не менее 80-90% таких ПАВ получают присоединением окиси этилена к спиртам, алкилфенолам, карбоновым к-там, аминам и др. соединениям с реакционноспособными атомами водорода. Полиоксиатиленовые эфиры алкилфенолов - самая многочисленная и распространенная группа неионогенных ПАВ, включающая более сотни торговых названий наиболее известны препараты ОП-4, ОП-7 и ОП-10. Типичное сырье - октил-, ионил- и додецилфенолы; кр. того, используют крезолы, крезоловую к-ту, в-нафтол и др. Если в реакцию взят индивидуальный алкилфенол, готовый продукт представляет собой смесь ПАВ общей ф-лы RC6H4O(CH2O) mH, где т - степень оксиэтилирования, зависящая от молярного соотношения исходных компонентов.

Все ПАВ. можно разделить на две категории по типу систем, образуемых ими при взаимодействии с растворяющей средой. К одной категории относятся мицеллообразующие ПАВ. в., к другой - не образующие мицелл. В растворах мицеллообразующих ПАВ в. выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ) возникают коллоидные частицы (мицеллы), состоящие из десятков или сотен молекул (ионов). Мицеллы обратимо распадаются на отдельные молекулы или ионы при разбавлении раствора (точнее, коллоидной дисперсии) до концентрации ниже ККМ.

Таким образом, растворы мицеллообразующих ПАВ. занимают промежуточное положение между истинными (молекулярными) и коллоидными растворами, поэтому их часто называют полуколлоидными системами. К мицеллообразующим ПАВ относят все моющие вещества, эмульгаторы, смачиватели, диспергаторы и др.

Поверхностную активность удобно оценивать по наибольшему понижению поверхностного натяжения деленному на соответствующую концентрацию - ККМ в случае мицеллообразующих ПАВ. Поверхностная активность обратно пропорциональна ККМ:

Образование мицелл происходит в узком интервале концентраций, к-рый становится уже и определенней по мере удлинения гидрофобных радикалов.

Простейшие мицеллы типичных полуколлоидпых ПАВ, напр. солей жирных к-т, при концентрациях, не слишком превышающих ККМ, имеют сфероидальную форму.

С ростом концентрации ПАВ анизометричных мицелл сопровождается резким возрастанием структурной вязкости, приводящей в нек-рых случаях к гелеебреаованию, т.е. полной потере текучести.

Действие детергентов. Мыло известно уже тысячи лет, но только относительно недавно химики поняли, почему оно обладает моющими свойствами. Механизм удаления грязи в сущности один и тот же для мыла и синтетических моющих средств. Рассмотрим его на примере поваренной соли, обычного мыла и алкилбензолсульфоната натрия, одного из первых синтетических детергентов.

При растворении в воде поваренная соль диссоциирует на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные хлорид-ионы. Мыло, т.е. стеарат натрия (I), сходные с ним вещества, а также алкилбензолсульфонат натрия (II) ведут себя подобным же образом: они образуют положительно заряженные ионы натрия, но их отрицательные ионы, в отличие от хлорид-иона, состоят примерно из пятидесяти атомов.

Мыло (I) можно представить формулой Na+ и C17H35COO-, где 17 атомов углерода с присоединенными к ним атомами водорода вытянуты в извилистую цепочку. Алкилбензолсульфонат натрия (Na+ C12H25C6H4SO3-) имеет примерно столько же атомов углерода и водорода. Однако расположены они не в виде извилистой цепочки, как в мыле, а в виде разветвленной структуры. Значение этого различия станет ясно позднее. Для моющего действия важно то, что углеводородная часть отрицательного иона нерастворима в воде. Однако она растворима в жирах и маслах, а ведь именно благодаря жиру грязь прилипает к вещам; и если поверхность полностью очищена от жира, грязь не задерживается на ней.

Отрицательные ионы (анионы) мыла и алкилбензолсульфоната склонны концентрироваться на поверхности раздела воды и жира. Водорастворимый отрицательно заряженный конец остается в воде, тогда как углеводородная часть погружена в жир. Чтобы поверхность раздела была наибольшей, жир должен присутствовать в виде мельчайших капелек. В результате образуется эмульсия - взвесь капелек жира (масла) в воде (III).

Если на твердой поверхности имеется пленка жира, то при контакте с водой, содержащей детергент, жир покидает поверхность и переходит в воду в виде мельчайших капель. Анионы мыла и алкилбензолсульфоната находятся одним концом в воде, а другим - в жире. Грязь, удерживаемая пленкой жира, удаляется при полоскании. Так в упрощенном виде можно представить себе действие моющих средств.

Любое вещество, склонное собираться на поверхности раздела масло - вода, называют поверхностно-активным веществом. Все поверхностно-активные вещества являются эмульгаторами, потому что способствуют образованию эмульсии масла в воде, т.е. «смешению» масла и воды; все они обладают моющими свойствами и образуют пену - ведь пена является как бы эмульсией воздушных пузырьков в воде. Но не все эти свойства выражены у них одинаково. Есть поверхностно-активные вещества, которые обильно образуют пену, но являются слабыми моющими средствами; есть и такие, которые почти не пенятся, но представляют собой прекрасные моющие средства. Синтетические детергенты - это синтетические поверхностно-активные вещества с особо высокой моющей способностью. В промышленности термин «синтетическое моющее средство», как правило, означает композицию, включающую поверхностно-активный компонент, отбеливатели и другие добавки.

Мыло, алкилбензолсульфонаты и многие другие моющие средства, где именно анион растворяется в жирах, называют анионоактивными. Имеются также поверхностно-активные вещества, в которых жирорастворимым является катион. Их называют катионоактивными. Типичный катионный детергент, хлорид алкилдиметилбензиламмония (IV) является солью четвертичного аммония, содержащей азот, связанный с четырьмя группами. Хлорид-анион всегда остается в воде, поэтому его называют гидрофильным; углеводородные группы, связанные с положительно заряженным азотом, являются липофильными. Одна из этих групп, C14H29, похожа на длинную углеводородную цепочку в мыле и алкилбензолсульфонате, но она присоединена к положительному иону. Такие вещества называют «обратными мылами». Некоторые из катионоактивных детергентов обладают сильным антимикробным действием; их применяют в составе моющих средств, предназначенных не только для мытья, но и для дезинфекции. Однако если они вызывают раздражение глаз, то при их использовании в аэрозольных составах это обстоятельство должно быть отражено в инструкции на этикетке.

Еще один тип моющих средств - неионные детергенты. Жирорастворимая группа в детергенте (V) представляет собой нечто вроде жирорастворимых групп в алкилбензолсульфонатах и мылах, а остаток - это длинная цепь, содержащая множество кислородных атомов и OH-группу на конце, которые являются гидрофильными. Обычно неионные синтетические моющие средства проявляют высокую моющую способность, но слабо образуют пену.

СПАВ (Синтетические Поверхностно-Активные Вещества) представляют собой обширную группу соединений, различных по своей структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны адсорбироваться на поверхности раздела фаз и понижать вследствие этого поверхностную энергию (поверхностное натяжение). В зависимости от свойств, проявляемых СПАВ при растворении в воде, их делят на анионоактивные вещества (активной частью является анион), катионоактивные (активной частью молекул является катион), амфолитные и неионогенные, которые совсем не ионизируются.

Не секрет, что основные действующие компоненты стиральных порошков - поверхностно-активные вещества (ПАВ). По правде говоря, эти активные химические соединения, попадая в организм, разрушают живые клетки путем нарушения важнейших биохимических процессов.

Будущее за синтетикой? Видимо, да. В подтверждение этому ПАВ все больше усовершенствуются, есть так званые неионогенные ПАВ, биоразлагаемость которых достигает 100%. Они более эффективны при низких температурах, что важно для щадящих режимов стирки. Поскольку многие искусственные волокна не выдерживают высоких температур. К тому же стирка в более холодной воде экономит энергоресурсы, что актуальнее с каждым днем. К сожалению, большинство неионогенных ПАВ жидкие или пастообразные, и поэтому используются в жидких и пастообразных моющих средствах. В порошкообразные СМС неионогенные ПАВ вводятся в виде добавок 2-6% мас. Важные преимущества синтетических ПАВ в том, что они не образуют малорастворимых в воде солей кальция и магния. А значит, одинаково хорошо стирают как в мягкой, так и в жесткой вод. Концентрация синтетических моющих веществ даже в мягкой воде может быть гораздо ниже, чем мыла, полученного из натуральных жиров.

Наверное, из продуктов бытовой химии нам известны более всего синтетические моющие средства. В 1970 году впервые во всем мире синтетических моющих средств (СМС) было произведено больше, чем обычного натурального мыла. С каждым годом производство его все снижается, тогда как выпуск СМС непрерывно возрастает.

Например, в нашей стране динамику роста производства СМС можно отобразить следующими данными: в 1965 году их было произведено 106 тысяч тонн, в 1970-м-470 тысяч тонн, а в 1975-м будет выработан почти один миллион тонн.

Почему же так падает производство натурального, ядрового, мыла, которое верой и правдой служило человеку долгие годы? Оказывается, у него много недостатков.

Во-первых, мыло, будучи солью слабой органической кислоты (точнее, солью, образованной смесью трех кислот - пальмитиновой, маргариновой и стеариновой) и сильного основания - едкого натра, в воде гидролизует: ся (т.е. расщепляется ею) на кислоту и щелочь. Кислота вступает в реакцию с солями жесткости и образует новые, уже нерастворимые в воде соли, которые выпадают в виде клейкой белой массы на одежду, волосы и т.д. Это не очень приятное явление хорошо известно всем, кто пытался стирать или мыться в жесткой воде.

Другой продукт гидролиза - щелочь - разрушает кожу (обезжиривает ее, приводит к сухости и образованию болезненных трещин) и снижает прочность волокон, из которых состоят различные ткани. Полиамидные же волокна (капрон, нейлон, перлон). разрушаются мылом особенно интенсивно.

Во-вторых, мыло - относительно дорогой продукт, так как для его производства необходимо пищевое сырье - растительные или животные жиры.

Есть и другие, менее значительные недостатки у этого до недавнего времени совершенно незаменимого в быту вещества.

В отличие от натурального мыла синтетические моющие средства обладают несомненными достоинствами: большей моющей способностью, гигиеничностью и экономичностью.

На международном рынке известно сейчас около 500 наименований синтетических моющих средств, выпускаемых в виде порошков, гранул, чешуек, паст, жидкостей.

Производство СМС дает большой народнохозяйственный эффект. Эксперименты показали, что одна тонна синтетических моющих средств заменяет 1,8 тонны 40°/о-ного хозяйственного мыла, производимого из ценного пищевого сырья. Подсчитано, что одна тонна СМС экономит для пищевой промышленности 750 кг растительных жиров.

Применение СМС в домашнем хозяйстве позволяет сократить затраты труда при ручной и машинной стирке на 15-20%* При этом гораздо лучше, чем при использовании обычного хозяйственного мыла, сохраняются прочность и первоначальные потребительские свойства ткани (белизна, яркость цвета, эластичность).

Нужно сказать, что СМС предназначены не только для стирки белья. Есть специальные средства для мытья и чистки различных предметов домашнего обихода, туалетные синтетические мыла, средства для мытья волос-шампуни, пеномоющие добавки для ванн, в которые вводятся биостимуляторы, оказывающие тонизирующее воздействие на организм.

Главным компонентом всех названных средств является синтетическое поверхностно-активное вещество (ПАВ), роль которого та же, что и органической соли в обыкновенном мыле.

Однако химикам давно уже известно, что индивидуальное вещество, каким бы универсальным оно ни было, не может удовлетворять всем предъявляемым к нему требованиям. Небольшие же добавки других, сопутствующих веществ помогают обнаружить у этого основного вещества весьма полезные качества. Вот почему все современные СМС представляют собой не индивидуальные ПАВы, а композиции, в которые могут входить отбеливатели, отдушки, регуляторы пены, биологически активные вещества и другие компоненты.

Вторым по значимости компонентом современных синтетических моющих средств являются конденсированные, или полимерные, фосфаты (полифосфаты). Эти вещества обладают рядом полезных свойств: они образуют с имеющимися в воде ионами металлов водорастворимые комплексы, чем предупреждают возможность появления нерастворимых минеральных солей, возникающих при стирке обычным мылом; увеличивают моющую активность ПАВа; предотвращают обратное оседание взвешенных частиц грязи на отстиранную поверхность; дешевы в производстве.

Все эти свойства полифосфатов позволяют снизить в СМС содержание более дорогого основного компонента-ПАВа.

Как правило, в любое синтетическое моющее средство входит отдушка - вещество с приятным запахом, который передается белью при использовании СМС.

Почти во все СМС вводится вещество, называемое натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы. Это - высокомолекулярный синтетический продукт, растворимый в воде. Его основное предназначение - быть, наряду с фосфатами, антирезорбтивом, т.е. предотвращать оседание грязи на уже отстиранные волокна.

Большинство из них имеет ряд преимуществ перед мылом, которое издавна применялись для этой цели. Так, например, ПАВы хорошо растворяются и пенятся даже в жесткой воде. Образующиеся в жесткой воде калиевые и магниевые соли не ухудшают моющего действия ПАВов и не образуют на волосах белого налета.

Основные действующие вещества всех стиральных порошков, т.н. ПАВ (поверхностно активные вещества), представляют собой чрезвычайно активные химические соединения. Обладая некоторым химическим родством с определенными компонентами мембран клеток человека и животных, ПАВ, при попадании в организм, скапливаются на клеточных мембранах, покрывая их поверхность тонким слоем и при определенной концентрации способны вызвать нарушения важнейших биохимических процессов, протекающих в них, нарушить функцию и саму целостность клетки.

В экспериментах на животных ученые установили, что ПАВ существенно изменяют интенсивность окислительно-восстановительных реакций, влияют на активность ряда важнейших ферментов, нарушают белковый, углеводный и жировой обмен. Особенно агрессивны в своих действиях анионы ПАВ. Они способны вызвать грубые нарушения иммунитета, развитие аллергии, поражения мозга, печени, почек, легких. Это одна из причин, по которым в странах Западной Европы наложены строгие ограничения на использование а-ПАВ (анионных ПАВ) в составах стиральных порошков. В лучшем случае их содержание не должно превышать 2-7%. На Западе уже более 10 лет назад отказались от применения в быту порошков, содержащих фосфатные добавки. На рынках Германии, Италии, Австрии, Голландии и Норвегии продаются только бесфосфатные моющие средства. В Германии применение фосфатных порошков запрещено федеральным законом. В других странах, таких как Франция, Великобритания, Испания, в соответствии с правительственными решениями содержание фосфатов в СМС строго регламентировано (не более 12%).

Наличие фосфатных добавок в порошках приводит к значительному усилению токсических свойств а-ПАВ. С одной стороны, эти добавки создают условия для более интенсивного проникновения а-ПАВ через неповрежденную кожу, способствуют усиленному обезжириванию кожных покровов, более активному разрушению клеточных мембран, резко снижают барьерную функцию кожи. ПАВ проникают в микрососуды кожи, всасываются в кровь и распространяются по организму. Это приводит к изменению физико-химических свойств самой крови и нарушению иммунитета. У а-ПАВ есть способность накапливаться в органах. Например, в мозге оседает 1,9% общего количества а-ПАВ, попавших на незащищенную кожу, в печени - 0,6% и т.д. Они действуют подобно ядам: в легких вызывают гиперемию, эмфизему, в печени повреждают функцию клеток, что приводит к увеличению холестерина и усиливают явления атеросклероза в сосудах сердца и мозга, нарушает передачу нервных импульсов в центральной и периферической нервной системах.

Но этим не исчерпывается вредное действие фосфатов - они представляют собой большую угрозу для окружающей нас среды. Попадая после стирки вместе со сточными водами в водоемы, фосфаты принимаются действовать как удобрения. «Урожай» водорослей в водоемах начинает расти не по дням, а по часам. Водоросли, разлагаясь, выделяют в огромных количествах метан, аммиак, сероводород, которые уничтожают все живое в воде. Зарастание водоемов и засорение медленно текущих вод приводит к грубым нарушениям экосистем водоемов, ухудшению кислородного обмена в гидросфере и создают трудности в обеспечении населения питьевой водой. Еще и по этой причине во многих странах законодательно запретили применение фосфатных СМС.

Традиционным недостатком ПАВ является жесткость, выражающаяся в раздражении на коже, появлении сухости и состояния дискомфорта после использования шампуня или геля для душа.

Кожные покровы рук, соприкасаясь с активными химическими растворами стиральных порошков, становятся основным проводником проникновения опасных химических агентов в организм человека. А-ПАВ активно проникают даже через неповрежденную кожу рук и при содействии фосфатов, энзимов и хлора интенсивно ее обеззараживают. Восстановление нормальной жирности и влажности кожи происходит не ранее, чем через 3-4 часа, а при многократном применении в связи с накоплением вредного эффекта недостаток жирового покрытия кожи ощущается в течение двух суток. Барьерные функции кожных покровов снижаются, и создаются условия для интенсивного проникновения в организм не только а-ПАВ, но и любых токсичных соединений - бактериологических токсинов, тяжелых металлов и др. После нескольких стирок фосфатными порошками зачастую развиваются воспаления кожи - дерматиты. Запускается конвейер патологических иммунных реакций.

Поверхностно-активные вещества имеют полярное (асимметричное) строение молекул, способны адсорбироваться на границе двух сред и понижать свободную поверхностную энергию системы. Совершенно незначительные добавки ПАВ могут изменить свойства поверхности частиц и придать материалу новые качества. В основе действия ПАВ лежит явление адсорбции, которое приводит одновременно к одному или двум противоположным эффектам: уменьшению взаимодействия между частицами и стабилизации поверхности раздела между ними вследствие образования межфазного слоя. Для большинства ПАВ характерно линейное строение молекул, длина которых значительно превышает поперечные размеры (рис. 15). Радикалы молекул состоят из групп, родственных по своим свойствам молекулам растворителя, и из функциональных групп со свойствами, резко отличными от них. Это полярные гидрофильные группы, обладающие резко выраженными валентными связями и оказывающие определенное влияние на смачивающее, смазывающее и другие действия, связанные с понятием поверхностной активности. При этом уменьшается запас свободной энергии с выделением тепла в результате адсорбции. Гидрофильными группами на концах углеводородных неполярных цепей могут быть гидроксил – ОН, карбоксил – СООН, амино – NН 2 , сульфо – SO и другие сильно взаимодействующие группы. Функциональные группы представляют собой гидрофобные углеводородные радикалы, характеризующиеся побочными валентными связями. Гидрофобные взаимодействия существуют независимо от межмолекулярных сил, являясь дополнительным фактором, способствующим сближению, «слипанию» неполярных групп или молекул. Адсорбционный мономолекулярный слой молекул ПАВ свободными концами углеводородных цепей ориентируется от

поверхности частиц и делает ее несмачиваемой, гидрофобной.

Эффективность действия той или иной добавки ПАВ зависит от физико-химических свойств материала. ПАВ, дающее эффект в одной химической системе, может не оказать никакого действия или явно противоположное – в другой. При этом очень важна концентрация ПАВ, определяющая степень насыщенности адсорбционного слоя. Иногда действие, аналогичное ПАВ, проявляют высокомолекулярные соединения, хотя они и не изменяют поверхностного натяжения воды, например поливиниловый спирт, производные целлюлозы, крахмал и даже биополимеры (белковые соединения). Действие ПАВ могут оказывать электролиты и вещества, нерастворимые в воде. Поэтому определить понятие «ПАВ» очень трудно. В широком смысле это понятие относится к любому веществу, которое в небольших количествах заметно изменяет поверхностные свойства дисперсной системы.

Классификация ПАВ очень разнообразна и в отдельных случаях противоречива. Предпринято несколько попыток классификации по разным признакам. По Ребиндеру все ПАВ по механизму действия разделяются на четыре группы:

– смачиватели, пеногасители и пенообразователи, т. е. активные на границе раздела жидкость – газ. Они могут снизить поверхностное натяжение воды с 0,07 до 0,03–0,05 Дж/м 2 ;

– диспергаторы, пептизаторы;

– стабилизаторы, адсорбционные пластификаторы и разжижители (понизители вязкости);

– моющие вещества, обладающие всеми свойствами ПАВ.

За рубежом широко используется классификация ПАВ по функциональному назначению: разжижители, смачиватели, диспергаторы, дефлокулянты, пенообразователи и пеногасители, эмульгаторы, стабилизаторы дисперсных систем. Выделяются также связующие, пластифицирующие и смазывающие вещества.

По химическому строению ПАВ классифицируют в зависимости от природы гидрофильных групп и гидрофобных радикалов. Радикалы разделяют на две группы – ионогенные и неионогенные, первые могут быть анионо- и катионоактивные.

Неионогенные ПАВ содержат неионизирующиеся конечные группы с высоким сродством к дисперсионной среде (воде), в состав которых входят обычно атомы кислорода, азота, серы. Анионоактивные ПАВ – соединения, в которых длинная углеводородная цепочка молекул с низким сродством к дисперсионной среде входит в состав аниона, образующегося в водном растворе. Например, СООН – карбоксильная группа, SO 3 Н – сульфогруппа, OSO 3 Н – группа эфира, Н 2 SО 4 и др. К анионоактивным ПАВ относятся соли карбоновых кислот, алкил сульфаты, алкилсульфонаты и т. п. Катионоактивные вещества образуют в водных растворах катионы, содержащие длинный углеводородный радикал. Например, 1-, 2-, 3- и 4- замещенный аммоний и др. Примерами таких веществ могут быть соли аминов, аммониевые основания и т. п. Иногда выделяют третью группу ПАВ, куда входят амфотерные электролиты и амфолитные вещества, которые в зависимости от природы дисперсной фазы могут проявлять как кислые, так и основные свойства. Амфолиты нерастворимы в воде, но активны в неводных средах, например олеиновая кислота в углеводородах.

Японские исследователи предлагают классификацию ПАВ по физико-химическим свойствам: молекулярный вес, молекулярная структура, химическая активность и т. п. Возникающие за счет ПАВ гелеобразные оболочки на твердых частицах в результате различной ориентации полярных и неполярных групп могут вызывать разнообразные эффекты: разжижение; стабилизацию; диспергирование; пеногашение; связывающие, пластифицирующие и смазывающие действия.

Положительное действие ПАВ оказывает только при определенной концентрации. По вопросу оптимального количества вводимых ПАВ имеются очень разнообразные мнения. П. А. Ребиндер указывает, что для частиц

1–10 мкм необходимое количество ПАВ должно составлять 0,1–0,5%. В других источниках приводятся значения 0,05–1% и более для разной дисперсности. Для ферритов было найдено, что для образования мономолекулярного слоя при сухом помоле ПАВ необходимо брать из расчета 0,25 мг на 1 м 2 удельной поверхности начального продукта; для мокрого помола – 0,15–0,20 мг/м 2 . Практика показывает, что концентрация ПАВ в каждом конкретном случае должна подбираться экспериментально.

В технологии керамических РЭМ можно выделить четыре направления применения ПАВ, которые позволяют интенсифицировать физико-химические изменения и превращения в материалах и управлять ими в процессе синтеза:

– интенсификация процессов тонкого измельчения порошков для повышения дисперсности материала и сокращения времени помола при достижении заданной дисперсности;

– регулирование свойств физико-химических дисперсных систем (суспензий, шликеров, паст) в технологических процессах. Здесь важны процессы разжижения (или понижения вязкости с увеличением текучести без понижения влагосодержания), стабилизации реологических характеристик, пеногашения в дисперсных системах и т. п.;

– управление процессами факелообразования при распылении суспензий при получении заданных размеров, формы и дисперсности факела распыла;

– повышение пластичности формовочных масс, особенно получаемых при воздействии повышенных температур, и плотности изготовленных заготовок в результате введения комплекса связующих, пластифицирующих и смазывающих веществ.

Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ ) - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения .

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность - способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз - это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю. Однако, ПАВ имеет предел растворимости (так называемую критическую концентрацию мицеллообразования или ККМ), с достижением которого при добавлении ПАВ в раствор концентрация на границе раздела фаз остается постоянной, но в то же время происходит самоорганизация молекул ПАВ в объёмном растворе (мицеллообразование или агрегация). В результате такой агрегации образуются так называемые мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ, при мицеллообразовании также приобретают голубоватый оттенок (студенистый оттенок) за счёт преломления света мицеллами.

• Методы определения ККМ:

1. Метод поверхностного натяжения
2. Метод измерения контактного угла с тв. или жидкой поверхностью (Contact angle)
3. Метод вращающейся капли (Spindrop/Spinning drop)

Строение ПАВ

Классификация ПАВ

• Ионогенные ПАВ
  • Катионные ПАВ
  • Анионные ПАВ
  • Амфотерные

• Неионогенные ПАВ
  • Алкилполиглюкозиды
  • Алкилполиэтоксилаты

Влияние ПАВ на компоненты окружающей среды

ПАВ делятся на те, которые быстро разрушаются в окружающей среде и те, которые не разрушаются и могут 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 CO 2 и кислорода в массе воды. Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы . Однако при адсорбировании ПАВ на поверхности частичек земли/песка степень/скорость их деградации снижаются многократно. Так как почти все ПАВ, используемых в промышленности и домашнем хозяйстве, имеют положительную адсорбцию на частичках земли, песка, глины, при нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов , удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека.

Области применения

Библиография

• Абрамзон А. А., Гаевой Г. М. (ред.) Поверхностно-активные вещества. - Л.: Химия, 1979. - 376 с.
• Паршикова Т. В. Поверхностно-активные вещества как фактор регуляции развития водорослей. - Киев: Фитосоциоцентр, 2004. - 276 с. (на укр. яз.) ISBN 966-306-083-8 .
• Остроумов С. А. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы. - М.: МАКС-Пресс, 2001. - 334 с. ISBN 5-317-00323-7 .
• Ставская С. С., Удод В. М., Таранова Л. А., Кривец И. А. Микробиологическая очистка воды от поверхностно-активных веществ. - Киев: Наук. думка, 1988. - 184 с. ISBN 5-12-000245-5 .

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Поверхностно-активные вещества" в других словарях:

- (a. surfactants; н. grenzflachenaktive Stoffe, oberflachenaktive Stoffe; ф. substances tensio actives; и. surfac tantes), вещества c асимметричной мол. структурой, молекулы к рых имеют дифильное строение, т.e. содержат лиофильные и… … Геологическая энциклопедия

Вещества, способные накапливаться (сгущаться) на поверхности соприкосновения двух тел, называемой поверхностью раздела фаз, или межфазной поверхностью. На межфазной поверхности П. а. в. образуют слой повышенной концентрации адсорбционный… … Большая советская энциклопедия

Поверхностно активные вещества (ПАВ) детергенты – вещества, снижающие поверхностное натяжение. Оказывая влияние на пограничные слои клеток, нарушают функции цитоплазматической мембраны и вследствие этого способны задерживать рост… … Словарь микробиологии

Вещества, способные адсорбироваться на поверхности раздела двух фаз, понижая её поверхностное натяжение. К П. а. в. относятся органич. соединения с асимметричной мол. структурой, молекулы к рых содержат ат. группы, резко различающиеся характером… … Физическая энциклопедия

- (ПАВ) химические соединения, способные адсорбироваться на границе раздела фаз, одна из которых обычно вода, и снижать поверхностное натяжение. Молекулы ПАВ состоят из углеводородного радикала (от 4 до 20 СН2 групп) и полярной группы (ОН, СООН,… … Большой Энциклопедический словарь

поверхностно-активные вещества - ПАВ Вещ ва, способные адсорбироваться на поверхности раздела фаз и вызывать снижение поверхн. (межфазного) натяжения. Типичные ПАВ — органич. соединения, молекулы к рых содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и гидрофобные) ат … Справочник технического переводчика

Поверхностно-активные вещества. - 0.10.4.2. Поверхностно активные вещества. Допускается использование ПАВ в соответствии со title= Автомобильные дороги для приготовления асфальтобетонных смесей. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

поверхностно-активные вещества - сокр. ПАВ Поверхностно активные вещества (детергенты) – вещества, адсорбирующиеся на поверхности раздела фаз и вызывающие понижение межфазного поверхностного натяжения. Общая химия: учебник / А. В. Жолнин … Химические термины

поверхностно-активные вещества - Смотри поверхностно активные вещества (ПАВ) … Энциклопедический словарь по металлургии

поверхностно–активные вещества - ПАВ – вещества, способные концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать поверхностное (межфазное) натяжение. Обладают смачивающими эмульгирующими, моющими и др. ценным свойствами. Подразделяются на ионогенные и неионогенные. Среди… … Текстильный глоссарий

ПАВ классифицируют по ряду признаков:

• ? способности образовывать ионы и заряду ионов;
• ? механизму действия:
• ? растворимости в воде и маслах.

Классификация ПАВ по способности образовывать ионы и заряду ионов. Все поверхностно-активные вещества разделяются на две большие группы: ионогенные соединения, которые при растворении в воде диссоциируют на ионы, и неионогенные, которые на ионы не диссоциируют.

В зависимости от того, какими ионами (положительными или отрицательными) обусловлена поверхностная активность ионогенных ПАВ, т.е. соответственно катионами или анионами, они делятся на катионактивные, анионактивные и амфотерные (имеющие две разнополярные функциональные группы).

Анионные ПАВ активны в щелочных растворах, катионные - в растворах кислот, амфотерные - в тех и других.

Анионактивные ПАВ диссоциируют в щелочных растворах с образованием анионов:

анион ПАВ

Катионактивные ПАВ при диссоциации в растворах кислот образуют катионы:

1ШН 2 С1 1ШН5 + СГ.

катион ПАВ

Амфотерные ПАВ содержат две функциональные группы, одна из которых имеет кислый, другая - основный характер, например карбоксильную (СООН) и аминогруппу (1ЧН 2):

1ШН(СН 2) п СООН- КМН(СН 2) п СООН КМН 2 (СН 2)„СООН.

в щелочной среде в кислой среде

К анионактивным ПАВ относятся:

• ? карбоновые кислоты (11СООН) и их соли (КСООМе);
• ? алкилсульфаты (К080 2 0Ме), а также вещества, содержащие другие типы анионных гидрофильных групп, например фосфаты (соли фосфорных кислот).

К катионактивным ПАВ относится ряд веществ. Основную группу представляют амины - азотсодержащие соединения, являющиеся продуктами замещения одного-трех атомов водорода в аммиаке Т^Нз органическими радикалами II. По числу замещенных атомов водорода различают первичные (1ШН 2), вторичные (К 2 1

К амфотерным ПАВ относятся белки, содержащие группы: -СОО и -МНз. Схематически молекулу амфотерного ПАВ можно представить в виде

НСЖИз-П-СОО.

Неионогенные ПАВ, растворяясь в воде, не образуют ионов. К группе неионогенных ПАВ относятся продукты ок-сиэтилирования длинноцепочных жирных кислот, спиртов, аминов; лигносульфоновые кислоты и др. Растворимость неионогенных ПАВ в воде обусловлена функциональными группами, имеющими сильное сродство к ней.

Значительный интерес для практики представляют крем-нийорганические ПАВ , к которым относятся низкомолекулярные соединения, имеющие в молекуле связь «кремний - углерод» (81-С), и функциональные группы, обеспечивающие их химическое взаимодействие с поверхностью различных материалов. Механизм взаимодействия кремнийорганических ПАВ с материалами заключается в следующем: их функциональные группы взаимодействуют как с функциональными группами материала, так и с водой, адсорбированной на его поверхности. При этом образуются силанолы, которые легко конденсируются и дают полиорганосилоксановую пленку, химически связанную с поверхностью материала. Наиболее доступными и эффективными из таких ПАВ являются алкил-хлорсиланы типа К лг 81С1 г/ .

Классификация ПАВ по механизму действия. П.А. Ребиндер разделил все ПАВ, учитывая их различное действие в дисперсных системах, на четыре группы.

К первой группе отнесены низкомолекулярные ПАВ, дающие истинные растворы в воде, например спирты. Они являются слабыми смачивателями и пеногасителями.

Ко второй группе относятся ПАВ, диспергаторы и эмульгаторы. Они не образуют сложных структур ни в объеме растворов, ни в поверхностных граничных слоях. Однако адсорбируясь на поверхности взаимодействующего вещества, эффективно понижают поверхностное натяжение жидкости или поверхностную энергию твердого тела, что значительно облегчает процесс образования новых поверхностей, т.е. диспергирования в данной среде. Применение ПАВ этой группы имеет большое практическое значение при помоле каменных материалов и получении гомогенных строительных композиций. К таким ПАВ относятся жирные кислоты, их водорастворимые соли, катионактивные основания и соли, а также крем-нийорганические соединения.

В третью группу объединены ПАВ, являющиеся хорошими стабилизаторами. У этих ПАВ поверхностная активность сравнительно мала вследствие симметричного распределения полярных и неполярных групп в молекулах. Однако они могут образовывать структурные гелеобразные защитные оболочки с гидрофильной поверхностью, что препятствует агрегированию частиц: коагуляции и коалесценции 1 .

ПАВ этой группы являются хорошими пластификаторами. В виде очень малых добавок они «разжижают» (пластифицируют) структуры, понижая их прочность и структурную вязкость, что позволяет уменьшить водопотребность строительных смесей. Используя эти ПАВ в цементных растворах и бетонах, можно переходить к жестким и вместе с тем однородным смесям, не повышая водоцементное отношение (В/Ц) для сохранения требуемой удобоукладываемости смесей. В целом подобные добавки повышают плотность бетона, что увеличивает его прочность и долговечность, а также позволяет получить экономию (Ю...20%) цемента. Такие добавки обеспечивают равномерное воздухововлечение бетонных смесей и образование в них замкнутой пористости вследствие равномерного распределения мелких, не сливающихся друг с другом пузырьков воздуха. Это значительно повышает морозостойкость бетона.

Большую практическую пользу приносят ПАВ этой группы и в технологии получения битумоминеральных материалов:

Повышают сцепление битума с минеральными заполнителями (песком и щебнем). Этот эффект достигается путем гидро-фобизации минеральных поверхностей в результате химической адсорбции ПАВ. Поверхность кремнеземистых (кислых) минеральных материалов (граниты, песчаники) гидрофоби-зируют катионактивными ПАВ, а поверхность минеральных материалов из карбонатных горных пород (известняки, доломиты) - анионактивными ПАВ, например высшими жирными кислотами (механизмы такого повышения адгезионного взаимодействия представлены на рис. 1.21);

коагуляция (от лат. coagulatio - свертывание, сгущение) -укрупнение твердых частиц в дисперсных системах.

Коалесценция (от лат. coalesce - срастаюсь, соединяюсь) - слияние капель жидкости при их соприкосновении.

Рис. 1.21.

различных горных пород:

а - кремнеземистая (кислая)порода; б - карбонатная порода

• ? обеспечивают равномерное перемешивание асфальтобетонной смеси;
• ? укрепляют, стабилизируют грунты, используемые в качестве конструктивного слоя дорожных одежд.

Четвертая группа ПАВ - это вещества, обладающие высокой поверхностной активностью, смачивающим и гидрофоби-зирующим эффектами. Они являются эффективными эмульгаторами и стабилизаторами эмульсий. В эту группу входят мыла жирных кислот и аминов.

Классификация ПАВ по растворимости в воде и маслах. В некоторых случаях применяется классификация ПАВ на водорастворимые, водомаслорастворимые и маслорастворимые. Растворимость ПАВ в той или иной среде обусловливается, как уже отмечалось ранее, молекулярной структурой: количеством и активностью полярных функциональных групп и длиной углеводородного радикала.