Povrchově aktivní látka

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 2. dubna 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Tenzid ( tenzid , tenzid ) je chemická sloučenina, která při koncentraci na rozhraní termodynamických fází způsobuje snížení povrchového napětí . Spolu s mýdly jsou syntetické povrchově aktivní látky hlavní aktivní složkou detergentů [1] .

Pomocné povrchově aktivní látky (ko-surfaktanty) jsou chemické sloučeniny, které mají vlastnost povrchově aktivní látky, ale jsou určeny k udržení, posílení, aktivaci a dalším vlastnostem hlavní povrchově aktivní látky. Například ke zvýšení rozpustnosti špatně rozpustných složek nebo k udržení pěnivosti.

Povrchová aktivita

Hlavní kvantitativní charakteristikou povrchově aktivních látek je povrchová aktivita [K 1] - schopnost látky snižovat povrchové napětí na fázovém rozhraní - jedná se o derivaci povrchového napětí s ohledem na koncentraci povrchově aktivní látky, protože C má tendenci k nule. Tenzid má však mez rozpustnosti (tzv. kritickou micelární koncentraci nebo CMC), při jehož dosažení po dalším přidávání tenzidu do roztoku zůstává jeho koncentrace na fázové hranici konstantní, ale zároveň dochází k samoorganizaci molekul povrchově aktivní látky v zásobním roztoku (tvorba nebo agregace micel). V důsledku této agregace vznikají tzv. micely. Charakteristickým rysem tvorby micel je zakalení roztoku povrchově aktivní látky. Vodné roztoky povrchově aktivních látek také získávají namodralý (želatinový) odstín v důsledku lomu světla micelami ( opalescence ).

Metody stanovení CMC:

metoda povrchového napětí;
způsob měření kontaktního úhlu (kontaktního úhlu) s pevným nebo kapalným povrchem ( kontaktní úhel );
metoda spindrop ( spindrop, spindrop, spindrop );

Struktura povrchově aktivních látek

Povrchově aktivní látky jsou zpravidla organické sloučeniny s amfifilní strukturou , to znamená, že jejich molekuly obsahují polární část, hydrofilní složku (funkční skupiny -OH, -COOH, -SOOOH, -O- atd., nebo častěji, jejich soli -ONa, -COONa, -SOOONa aj.) a nepolární (uhlovodíková) část, hydrofobní složka. Tenzidy mohou sloužit jako běžné mýdlo (směs sodných solí mastných karboxylových kyselin - oleát , stearát sodný atd.) a SMS (syntetické detergenty), dále alkoholy , karboxylové kyseliny , aminy atd.

Klasifikace povrchově aktivních látek

Iontové povrchově aktivní látky
- Kationtové povrchově aktivní látky
- Aniontové povrchově aktivní látky
- Amfoterní povrchově aktivní látky

Neiontové povrchově aktivní látky
- Alkylpolyglukosidy
- Alkylpolyethoxyláty

Výroba povrchově aktivních látek z vyšších mastných alkoholů

Nejdůležitější surovinou při výrobě moderních povrchově aktivních látek pro syntetické detergenty jsou vyšší mastné alkoholy , které v závislosti na činidle poskytují neiontové nebo aniontové povrchově aktivní látky , což ilustruje schéma níže [2] :[str. 5] .

Světový objem použití vyšších mastných alkoholů při výrobě povrchově aktivních látek v roce 2000 činil 1,68 mil. tun [2] :[str. 6] . V roce 2003 bylo vyrobeno asi 2,5 milionu tun povrchově aktivních látek na bázi vyšších mastných alkoholů [3] .

Použití vyšších mastných alkoholů pro výrobu povrchově aktivních látek

Třída povrchově aktivních látek	Druh povrchově aktivní látky	Chemický vzorec	Reagencie pro syntézu	Schéma syntézy	Prameny
Neiontové povrchově aktivní látky	ethoxyláty	R - O- ( CH2CH20 ) nH	ethylenoxid	[K 2] ROH + n( CH2CH2 ) O→RO-( CH2CH20 ) nH Reakce probíhá v přítomnosti alkálie při teplotách do 160 °C a tlacích do 0,55 MPa. Obvykle se používají C9 - C15 alkoholy v kombinaci s 6-7 moly ethylenoxidu.	[4] :[str. 31, 35] [2] :[str. 137-139]
	propoxyláty	R-O-(CH2CH ( CH3 ) O ) nH	propylenoxid
	butoxyláty	R-O- ( CH2CH ( C2H5 ) O ) nH	butylenoxid
	Alkylglykosidy	R-( O - C 6H 10O 5 ) nH	glukóza	ROH + nC 6 C 12 O 6 → R− (O−C 6 H 10 O 5 ) n H+nH 2 O Reakce probíhá v přítomnosti sulfonových kyselin při teplotách do 140°C. Další možností je předběžná příprava butyletherů s následnou transesterifikací. Počet glykosidických skupin se pohybuje od 1 do 3.	[4] :[str. 38] [2] :[str. 149]
Aniontové povrchově aktivní látky	Karboxyethoxyláty	R − O− ( CH2CH20 ) nCH2COOH _ _	kyselina chloroctová	RO(CH 2 CH 2 O) n H + ClCH 2 COOH → RO(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH + HCl Reakce probíhá v přítomnosti alkálie, kyselina se izoluje okyselením vodného roztoku a oddělením vodně-solné fáze.	[4] :[str. 40] [2] :[str. 126-127]
	Fosfáty a polyfosfáty	ROP(OH) 20 ; (RO) 2P (OH)O	oxid fosforečný	3ROH + P 2 O 5 → ROP(OH) 2 O + (RO) 2 P(OH)O Přidání práškového oxidu fosforečného k bezvodým alkoholům v bezvodém prostředí při 50-70°C za intenzivního míchání [K 3] .	[4] :[str. 54] [2] :[str. 122-123]
	Sulfosukcináty	ROC(0)CH2CH ( S03Na ) COOH; ROC(O)CH2CH ( SO3Na ) COOR	anhydrid kyseliny maleinové , siřičitan sodný	ROH + (COCH=CHCO)O → ROC(O)CH=CHCOOH ROC(O)CH=CHCOOH + Na 2 SO 3 → ROC(O)CH 2 CH(SO 3 Na)COONa Etherifikace alkoholů anhydridem kyseliny maleinové (T do 100 °C) a další přidání do etheru siřičitanu sodného zahřátím.	[4] :[str. 52-53] [5]
	Alkylsulfáty	R−O−SO 3 H [K 4]	kyselina sírová , oxid sírový , kyselina chlorsulfonová	ROH + SO 3 → ROSO 3 H Přímá sulfonace alkoholů s následnou neutralizací roztoku alkálií.	[4] :[str. 55-56] [5]
	Alkylethersulfáty	R- ( CH2CH20 ) nOS03H _ _ _ _	kyselina sírová , oxid sírový , kyselina chlorsulfonová		[4] :[str. 55-56] [5]

Při výrobě povrchově aktivních látek se používají i některé další alkoholy: glycerol (estery s mastnými kyselinami - emulgátory ), sorbitol ( sorbitany ), monoethanolamin a diethanolamin ( alkanolamidy ).

Vliv povrchově aktivních látek na složky životního prostředí

Povrchově aktivní látky se dělí na ty, které se rychle ničí v prostředí, a ty, které se nezničí a mohou se v organismech hromadit v nepřijatelných koncentracích. Jedním z hlavních negativních vlivů povrchově aktivních látek v životním prostředí je snížení povrchového napětí . Například v oceánu vede změna povrchového napětí ke snížení zadržování CO 2 a kyslíku ve vodním útvaru. Pouze několik povrchově aktivních látek je považováno za bezpečné (alkylpolyglukosidy), protože jejich degradačními produkty jsou sacharidy . Když jsou však povrchově aktivní látky adsorbovány na povrchu částic zeminy/písku, stupeň/rychlost jejich degradace mnohonásobně klesá. Protože téměř všechny povrchově aktivní látky používané v průmyslu a domácnostech mají pozitivní adsorpci na částicích zeminy, písku, jílu, mohou za normálních podmínek uvolňovat (desorbovat) ionty těžkých kovů zadržované těmito částicemi a tím zvyšovat riziko, že se tyto látky dostanou do lidského organismu. organismus.

Aplikace

Prací prostředky . Hlavní použití povrchově aktivních látek je jako aktivní složka pracích a čisticích prostředků (včetně těch, které se používají k dekontaminaci ), mýdla , pro péči o prostory, nádobí, oděvy, věci, auta atd. V roce 2007 bylo vyrobeno více než 1 mil. v Rusku syntetické prací prostředky, zejména prací prostředky. V současnosti je nejběžnější povrchově aktivní látkou v syntetických detergentech alkylbenzosulfonát. Do skupiny aniontových povrchově aktivních látek patří také alkansulfonát (SAS), alkylsulfát (FAS) a těkavý alkylsulfát (FAES). FAS lze získat z rostlinných zdrojů, jako je řepkový olej nebo kokosový olej . V kationtových povrchově aktivních látkách je hydrofilní skupina reprezentována kladně nabitou skupinou obsahující dusík. Iont chloru nebo methylsulfát působí jako záporně nabitá protiváha . Tyto povrchově aktivní látky se zvláště aktivně používají v syntetických pracích prostředcích pro „šetrné“ praní, protože hrají roli lubrikantu. Neiontové povrchově aktivní látky nevytvářejí ionty ve vodných roztocích, a proto mají důležité výhody: jsou zcela imunní vůči tvrdosti vody, vykazují vysokou účinnost i při nízkých koncentracích a nízkých teplotách praní, netvoří mnoho pěny a zabraňují ztmavnutí prádla . Saponin, získávaný z mýdlovce nebo pracích ořechů (Waschnussen), patří mezi neiontové povrchově aktivní látky. Dalším příkladem neiontové povrchově aktivní látky je cukerný alkylpolyglukosid (APG), který se získává z obnovitelných surovin, jako je kukuřice, cukrová třtina a kokos. APG je biologicky odbouratelný a má vynikající snášenlivost s pokožkou. Právě tyto povrchově aktivní látky se používají v přírodních pracích prostředcích.
Věda. Surfaktanty jsou široce používány ve výzkumu, například v biologii pro destrukci buněčných membrán za účelem izolace buněčných složek ( proteiny , chromatin , RNA ) pro jejich přímou analýzu ( western blot , kvantitativní PCR ) nebo použití v jiných experimentech ( imunoprecipitace proteinové komplexy (Co-IP, chromatin (ChIP) , RNA (RIP) atd.).
Kosmetika. Hlavní využití tenzidů v kosmetice jsou šampony, kde obsah tenzidů může dosahovat až desítek procent z celkového objemu. Povrchově aktivní látky se také používají v malých množstvích v zubních pastách, pleťových vodách, tonikech a dalších produktech.
Textilní průmysl. Povrchově aktivní látky se používají hlavně k odstranění statické elektřiny z vláken syntetických tkanin .
kožedělný průmysl. Ochrana kožených výrobků před lehkým poškozením a slepením.
Nátěrový průmysl. Ke snížení povrchového napětí se používají tenzidy , které zajistí, že nátěrová hmota snadno pronikne do malých prohlubní na ošetřovaném povrchu a vyplní je, přičemž odtud vytlačí jinou látku (např. vodu).
Papírenský průmysl. Povrchově aktivní látky se používají k oddělení inkoustu od buničiny při recyklaci papíru. Molekuly povrchově aktivní látky, které jsou adsorbovány na pigmentu inkoustu , jej činí hydrofobním. Dále vzduch prochází roztokem pigmentu a celulózy. Na hydrofobní části povrchově aktivní látky se adsorbují vzduchové bubliny a částice pigmentu vyplavou na povrch (viz flotace ).
Hutnictví. Emulze povrchově aktivních látek se používají k mazání válcovacích stolic a snížení tření. Odolávají vysokým teplotám, při kterých olej hoří.
Ochrana rostlin. Povrchově aktivní látky jsou široce používány v agronomii a zemědělství k tvorbě pesticidních emulzí. Používají se také ke zvýšení účinnosti transportu živin do rostlin přes membránové stěny jejich buněk (viz listové krmení ).
Potravinářský průmysl. Povrchově aktivní látky ve formě emulgátorů (například lecitin ) se přidávají ke zlepšení kvality zmrzliny, čokolády , šlehačky, omáček, sušenek a dalších pokrmů.
Produkce ropy. Povrchově aktivní látky se používají k hydrofobizaci zóny tvorby spodního otvoru (BFZ), aby se zvýšila regenerace ropy .
Konstrukce. povrchově aktivní látka , nazývané plastifikátory , se přidávají do cementově-pískových směsí a betonů, aby se snížila jejich spotřeba vody při zachování mobility. Tím se zvyšuje konečná pevnost (třída) tvrzeného materiálu, jeho hustota, mrazuvzdornost a voděodolnost.
Lék. Kationtové a aniontové povrchově aktivní látky se používají v chirurgii jako antiseptika. Například kvartérní amoniové báze jsou z hlediska destruktivního působení proti mikroorganismům přibližně 300krát účinnější než fenol . Antimikrobiální působení povrchově aktivních látek je spojeno s jejich vlivem na permeabilitu buněčných membrán a také s inhibičním účinkem na enzymatické systémy mikroorganismů. Neiontové povrchově aktivní látky nemají prakticky žádnou antimikrobiální aktivitu.
Tepelná energetika. Tenzidy se používají k úpravě funkčních povrchů teplosměnných soustav, ale i pracovních ploch teplosměnných zařízení za účelem zvýšení hydrofobnosti a zvětšení kontaktního úhlu smáčení, což vede k řadě pozitivních efektů, jako jsou: mnohonásobné snížení rychlost korozních procesů; snížení hydraulického odporu; odstraňování nahromaděných usazenin z povrchů zařízení a potrubí a zamezení vzniku nových usazenin. [6]

Objem výroby

V roce 2008 činila roční produkce povrchově aktivních látek 13 milionů tun [7] . V roce 2012 byla velikost trhu s povrchově aktivními látkami 26,8 miliard dolarů, do roku 2016 se očekává nárůst na 31 miliard a do roku 2020 až 36 miliard [8] .

Přidružené povrchově aktivní látky

Pomocné povrchově aktivní látky se nepoužívají bez hlavní povrchově aktivní látky. Mohou mít takové další funkce, jako je solubilizační účinek, snížení statického elektrického náboje (vlasy, tkáň), stabilizační účinek na gelotvorné složky, zvýšení nebo naopak potlačení pěnění, stabilizace pěny atd. Příklad ko-tenzidu : kaprylglukosid.

Viz také

Poznámky

↑ Akce na detergent // Velká ruská encyklopedie. Ročník 21. - M. , 2012. - S. 360-361.
↑ 1 2 3 4 5 6 Chemie a technologie povrchově aktivních látek / Edited by Richard J. Farn. - Blackwell Publishing Ltd, 2006. - 315 s. — ISBN 978-14051-2696-0 .
↑ Dierker M., Schäfer HJ Surfaktanty z kyseliny olejové, erukové a petroselinové: Syntéza a vlastnosti // European Journal of Lipid Science and Technology. - 2010. - Sv. 112 , č. 1 . — S. 122 .
↑ 1 2 3 4 5 6 Lange K. R. Surfaktanty: syntéza, vlastnosti, analýza, použití = Surfaktanty. Praktická příručka / Per. z angličtiny. - Petrohrad. : "Profese", 2004. - 240 s. — ISBN 5-93913-068-2 .
↑ 1 2 Pletnev M. Yu Kosmetické a hygienické prostředky // . - Chemie. - M. , 1990. - S. 17-20. — ISBN 5-7245-0275-5 .
↑ [www.src-w.ru Research Center "Wear Resistance" NRU "MPEI"] . (neurčitý)
↑ Kosaric, Naim; Sukan, Fazilet Vardar. Biosurfaktanty: Výroba a využití – procesy, technologie a ekonomika . - CRC Press , 2014. - S. 153. - ISBN 9781466596702 .
↑ Globální trh s povrchově aktivními látkami - Acmite Market Intelligence . Získáno 2. prosince 2015. Archivováno z originálu 22. prosince 2015. (neurčitý)

Komentáře

↑ Nezaměňovat s povrchovou (rádiovou) aktivitou .
↑ Schéma je uvedeno pro ethylenoxid jako nejběžnější činidlo pro syntézu alkoxylátů.
↑ Místo oxidu fosforečného se také používají kyseliny polyfosforečné a jako výchozí produkty alkoholethoxyláty.
↑ Obvykle se nepoužívají samotné sulfonové kyseliny, ale amonné nebo sodné soli, například: laurylsulfát sodný .

Literatura

Surfaktanty // Velká ruská encyklopedie. Ročník 26. - M. , 2014. - S. 487.
Abramzon A. A., Gaevoy G. M. (ed.) Surfactants. - L .: Chemie, 1979. - 376 s.
Pletnev M. Yu (ed.) Povrchově aktivní látky a kompozice. Adresář. - M .: Nakladatelství "Kosmetika a medicína", 2002. - 752 s.
Parshikova TV Surfaktanty jako faktor regulace vývoje řas. - Kyjev: Fytosociocenter, 2004. - 276 s. (v ukrajinštině) ISBN 966-306-083-8 (chybné) .
Parshikova, T.S. Účast povrchově aktivních látek na regulaci vývoje mikroskopických řas // Journal of Hydrobiology. - 2003. - T. 39, č. 1. - S. 64–70. — ISSN 0375-8990 .
Ostroumov S. A. Biologické účinky pod vlivem povrchově aktivních látek na organismy. — M.: MAKS-Press, 2001. — 334 s. ISBN 5-317-00323-7 .
Stavskaya S. S., Udod V. M., Taranova L. A., Krivets I. A. Mikrobiologické čištění vody z povrchově aktivních látek. - Kyjev: Nauk. Dumka, 1988. - 184 s. ISBN 5-12-000245-5 .
Potravinářské emulgátory a jejich aplikace: [přeloženo z angl. V. D. Shirokov] / Ed. J. Hasenhüttl, R. Gartel. - Petrohrad: Profese, 2008. - 288 s.
Selhání, L.K. Aplikace povrchově aktivních látek v analýze : [ arch. 27. ledna 2018 ] : [školení. příspěvek] / L. K. Neudachina, Yu. S. Petrova. - Jekatěrinburg: Ural University Press, 2017. - 76 s. - UDC 543 (075,8) . — ISBN 978-5-7996-2021-9 .

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština velká čínština Britannica (online)
V bibliografických katalozích	BNF : 11950036w J9U : 987007551148305171 LCCN : sh85130716 NDL : 00564605 NKC : ph126537 , ph124455