Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (другой скан) (1157043), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Вещества, поверхностно-активные только (нли преимущественно) на границе раздела вода — воздух. К ним относятся средние и высшие гомологи алифатических спиртов и кислот, а также более сложные природные вещества. Поверхностно-активные вещества, относящиеся к этой группе, представляют собой умеренно действующие с м а ч и в а т е л и — за счет снижения поверхностного натяжения воды на границе с воздухом (см. П1.2); они могут использоваться и как пенообразователи, особенно для образования малоустойчивых пен (во флотации).
Некоторые сильно поверхностно-активные вещества этой группы (октиловый, изоамиловый спирты и др.) используются и как пеногасители (см. гл. ЧШ.2). П. Разнообразные по природе вещества, поверхностно-активные на различных границах раздела конденсированных фаз (твердое тело — жидкость, жидкость — жидкость). ПАВ этой группы в условиях сильного понижения тт на межфазной границе содействуют развитию новых поверхностей раздела фаз в процессах разрушения, диспергирования и обработки твердых тел (см.
гл. Ч!, 1Х) и эмульгирования жидкостей. Такие ПАВ можно объединить по их действию общим названием д и с п е р г а т о р ы. Вещества, относящиеся к этой группе ПАВ, позволяют также управлять и зб и р а те л ь н ы м с м а ч и в а н и е м (см. гл. П1.2). Для обеих этих групп характерно отсутствие у молекул ПАВ способности образовывать пространственные гелеподобные структуры как в объеме фаз, так и на поверхности их раздела. Ш. Поверхностно-активные вещества, обладающие способностью к образованию гелеподобных структур, т.
е. в известной мере твердообразных (см. гл. ЧП.5) в адсорбционных слоях и в объемах фаз. При этом в некоторых случаях относящиеся сюда ПАВ могут и не иметь высокой поверхностной активности. Большинство ПАВ, принадлежащих к этой группе,— высокомолекулярные, природные или синтетические вещества преимущественно сложного строения, с большим числом полярных групп (белки, глюкозиды, производные целлюлозы, поливиниловый спирт и т.
п.). Такие вещества используют как высокоэффективные с т а б и л и з а т о р ы умеренно концентрированных дисперсных систем различной природы: пен, эмульсий, суспензий. ПАВ этой группы могут выступать как п л ас т и ф и к а т о р ы высококонцентрированных дисперсий (паст). Механизм действия этих веществ рассматривается в гл. ЧП вЂ” 1Х. ГК Поверхностно-активные вещества, обладающие м о ю щ и м д е й с т в и е м. Они объединяют функции всех трех предыдущих групп ПАВ и, кроме того, способны к самопроизвольному образованию в объеме жидкой фазы термодинамически стабильных коллоидныхчастиц(мицеллообр азов ание в растворах ПАВ, см. гл.
Ч1) и к включению отмываемых загрязнений в ядро мицелл (с о— л ю б и л и з а ц и я, см. там же). Сюда входят различные анионные, катионные и неионогенные ПАВ из числа упоминаемых далее в этом параграфе. По химическому строению ПАВ могут быть разделены на два больших класса. Это, с одной стороны, органические ПАВ с дифильными молекулами, универсально поверхностно-активные на большинстве межфазных границ (естественно, ниже температуры их разложения), но обеспечивающие обычно лишь относительно небольшое понижение о (на 30 — 40 мДж/м ). С другой стороны, это самые г разнообразные, прежде всего неорганические вещества, проявляющие избирательную, но часто очень высокую поверхностную активность по отношению к данной конкретной границе раздела, способные вызывать здесь весьма резкое понижение о (легкоплавкие металлы по отношению к определенным более тугоплавким, вода по отношению к ряду солей и т. д.). Особое место занимают кремнийорганические и другие элементорганические ПАВ, обладающие повышенной термостойкостью и иными свойствами, позволяющими использовать их в экстремальных условиях (высокие температуры и давления, агрессивные среды).
Важное место в современном ассортименте ПАВ начинают занимать соединения с фторированными (в том числе с перфторированными) радикалами, способные к более сильному понижению сг, чем обычные ПАВ с углеводородными гидрофобными радикалами. Разумеется, к классификации ПАВ можно подходить с разных точек зрения, и приведенное деление по их механизму действия на че- 112 тыре группы не является исчерпывающим (они могут смыкаться друг с другом и проявляться совместно).
Отметим, что такое разделение сформулировано в принципе для обычных органических ПАВ; вместе с тем оно может быть распространено в определенной степени и на другие вещества, особенно это относится к представителям П группы — диспергаторам (см. гл. 1Х.4). Описание свойств и применений ПАВ в различных областях промышленности, сельского хозяйства, медицины и т. д., данные о сырье, синтезе и производстве ПАВ можно найти в имеющейся справочной и монографической литературе [191 .
Главные классы синтетических органических ПАВ следующие; алкинбензолсульфонаты, алкилсульфаты, олефинсульфонаты, оксиэтилированные ПАВ, блоксополимеры, четвертичные аммониевые основания. Основными характеристиками, определяющими масштабы производства тех или иных ПАВ помимо их физико-химических свойств, являются их стоимость, наличие источников сырья и экологическая безвредность, характеризуемая прежде всего биоразлагаемоспгью— временем снижения концентрации ПАВ в определенное число раз. Проблема синтеза хорошо биоразлагаемых ПАВ приобрела в настоящее время особенную актуальность. Это, в частности, связано с тем, что, концентрируясь в адсорбционных слоях на поверхности водоемов, ПАВ изменяют условия обитания различных организмов, например, из-за изменения процессов кислородного обмена.
Значительную экологическую опасность представляет образование устойчивой пены при адсорбции ПАВ на поверхности воды, в очистительных фильтрах и т. д, Замечено, что наибольшей скоростью 2 биоразложения обладают ПАВ с линейной углеводородной цепью, тогда как ПАВ с ароматическими и разветвленными алифатическими радикалами, особенно с четвертичными атомами углерода, плохо поддаются воздействию микроорганизмов.
Использование парафинового сырья для синтеза ПАВ с линейной цепью является поэтому важным экологическим аспектом производства и применения ПАВ. По химической природе органические ПАВ с дифильным строением делят на анионные, катионные, амфолитные и неионогенные. Доминирующее положение среди ПАВ, производимых в мире, зани- ' См, такие: Поверхностно-активные вепгества/Под ред. А.А.
Абрамзона и Г.М.1аевого. Лз Химия, 1979. Весьма условное, но наглядное сопоставление позволяет опгутить ту роль, которуго могут играть производимые сейчас во всем мире ПАВ при их распределении в адсорбпионных слоях; равномерно распределенные по поверхности земного шара б млн. т ПАВ с лх„» 200 способны покрьпь ее примерно десятью монослоями. ПЗ мают наиболее дешевые и достаточно универсальные анионные ПАВ, на долю которых приходится не менее б0 % мирового производства; до 30 % составляют неионогенные ПАВ, - 10 % — катионные и лишь доли процента — синтетические амфолитные ПАВ. Аниоииые ПА — это органические соединения, которые, диссоциируя в воде, образуют анион с длинным углеводородным радикалом — носителем поверхностной активности; при этом катион не является поверхностно-активным на границе вода — воздух.
К числу анионных ПАВ относятся следующие соединения. Соли к а р б о н о в ы х кислот (мыла) с общей формулой 1 КСОΠ— Ме+, где К вЂ” органический радикал Са — Сю, 'Ме' — )ь)а' (в твердых мылах), К (в жидких) или ХН ф Такие ПАВ отличаетдостаточная простота технологии их получения (следовательно, относительно низкая стоимость) и, что очень важно, полная биоразлагаемость. Мыла карбоновых кислот обладают хорошим моющим действием только в щелочной среде, в кислой же среде (из-за образования малорастворимых жирных кислот) и в жесткой воде (из-за образования нерастворимых кальциевых и магниевых солей) моющая способность этих ПАВ низка.
Основным сырьем для их получения долгое время служили природные жиры — сложные эфиры глицерина и различных жирных кислот, омылением которых обычно и получали мыла карбоновых кислот. Необходимость огромного расхода ценного пищевого сырья потребовала развития производства синтетических жирных кислот (СЖК). ОКК нормального строения, содержащие 10 — 20 атомов углерода в молекуле, получают несколькими методами (см. далее) и широко используют в производстве ПАВ. Ал к ил а р ил с у л ь ф о н а т ы(чаще всего алкилбензолсульфонаты) — соли ароматических сульфокислот с общей формулой КАг801Ме являются наиболее дешевыми и легкодоступными из синтетических ПАВ.
Они составляют — 70 % всех производимых анионных ПАВ (более!00 наименований). Наличие в их молекуле аниона сильной кислоты обеспечивает диссоц нацию и соответственно хорошее моющее действие таких ПАВ как в щелочной, так и в кислой среде, а также в жесткой воде. 1 кальциевые, магниевые, алюминиевые соли жирных кислот, не растворимые в воде, но растворимые в углеводородах, используют в качестве компонентов смазок, где дисперсионной средой является масло. Важную роль в природе играют различные производные более сложных органических кислот, например холевых кислот, входягдих в состав желчи, гуминовых кислот в почвах и др.
114 Обычно апкилбензольсуфонаты с, % получают путем апкилирования бензола хлоралканами или олефинами с по- Зб 1 следующим сульфированием и нейтра- бв лизацией. До 1964 г. основным алифа- аб тическим сырьем служил так называемый тетрамер пропилена — смесь изомерных олефинов Сю — Спь среди о 5 ю г, сут КОТОРых много соеДинений с Разветв- Р„11 28 К нетика биоде а- ленной цепью. ПолУчаемый из этого цн„11АВ. сырья тетрапропиленбензолсульфонат натрия, производившийся в Ге мании трия; 3 — линейные алкилбсвзоасульеще в первую мировую Войну, из-за фанаты; 3 — линейные алкилсульфаты крайне плохой биоразлагаемости (рис. П-28, кривая 2) в настоящее время запрещен к применению в большинстве развитых стран мира, и его производство практически прекращено. В связи с этим получило развитие производство алкилбензолсульфонатов с линейным строением алкильного радикала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
