Felületaktív anyag

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. április 2-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

A felületaktív anyag ( tenzid , tenzid ) olyan kémiai vegyület, amely a termodinamikai fázisok határfelületére koncentrálva a felületi feszültség csökkenését okozza . A mosószerek fő hatóanyagai a szappanok mellett a szintetikus felületaktív anyagok [1] .

A társfelületaktív anyagok (társ felületaktív anyagok) olyan kémiai vegyületek, amelyek felületaktív anyag tulajdonsággal rendelkeznek, de célja a fő felületaktív anyag tulajdonságainak fenntartása, fokozása, aktiválása és egyéb tulajdonságai. Például a rosszul oldódó komponensek oldhatóságának növelésére vagy a habzási képesség fenntartására.

Felszíni aktivitás

A felületaktív anyagok fő mennyiségi jellemzője a felületi aktivitás [K 1]  – az anyag azon képessége, hogy csökkenti a felületi feszültséget a fázishatáron – ez a felületi feszültség származéka a felületaktív anyag koncentrációjához képest, mivel a C nullára hajlik. A felületaktív anyagnak azonban van egy oldhatósági határa (ún. kritikus micellakoncentráció , vagy CMC), amelynek elérésekor a felületaktív anyag oldathoz való további adagolásakor a koncentrációja a fázishatáron állandó marad, ugyanakkor az ömlesztett oldatban a felületaktív anyag molekuláinak önszerveződése következik be (micellaképződés vagy aggregáció). Ennek az aggregációnak az eredményeként úgynevezett micellák keletkeznek. A micellaképződés sajátos jellemzője a felületaktív anyag oldatának zavarossága. A felületaktív anyagok vizes oldatai is kékes (kocsonyás) árnyalatot kapnak a micellák általi fénytörés miatt ( opáleszcencia ).

A CMC meghatározásának módszerei:

• felületi feszültség módszer;
• szilárd vagy folyékony felülettel való érintkezési szög (érintkezési szög) mérési módszere ( érintkezési szög );
• spindrop módszer ( spindrop, spinning drop );

A felületaktív anyagok szerkezete

A felületaktív anyagok általában amfifil szerkezetű szerves vegyületek , vagyis molekuláik poláris részt, hidrofil komponenst tartalmaznak (-OH, -COOH, -SOOOH, -O- stb. funkciós csoportok, vagy gyakrabban sóik -ONa, -COONa, -SOOONa stb.) és nempoláris (szénhidrogén) rész, hidrofób komponens. A felületaktív anyagok közönséges szappanként (zsírkarbonsavak nátriumsóinak keveréke - oleát , nátrium- sztearát stb.) és SMS -ként (szintetikus mosószerek), valamint alkoholok , karbonsavak , aminok stb.

A felületaktív anyagok osztályozása

• Ionos felületaktív anyagok
  • Kationos felületaktív anyagok
  • Anionos felületaktív anyagok
  • Amfoter felületaktív anyagok

• Nemionos felületaktív anyagok
  • Alkil-poliglükozidok
  • Alkil-polietoxilátok

Felületaktív anyagok előállítása magasabb zsíralkoholokból

A szintetikus mosószerek modern felületaktív anyagainak gyártásánál a legfontosabb alapanyagok a magasabb zsíralkoholok , amelyek a reagenstől függően nemionos vagy anionos felületaktív anyagokat adnak , amit az alábbi diagram szemléltet [2] :[p. 5] .

A felületaktív anyagok gyártásában a magasabb zsíralkoholok világszintű felhasználása 2000-ben 1,68 millió tonna volt [2] :[p. 6] . 2003-ban körülbelül 2,5 millió tonna felületaktív anyagot állítottak elő magasabb zsíralkoholok alapján [3] .

Magasabb zsíralkoholok használata felületaktív anyagok előállításához

Felületaktív anyag osztály	A felületaktív anyag típusa	Kémiai formula	Reagens szintézishez	Szintézisséma	Források
Nemionos felületaktív anyagok	etoxilátok	R − O− ( CH2CH2O ) nH	etilén-oxid	[K 2] ROH + n(CH 2 CH 2 )O → RO−(CH 2 CH 2 O) n H A reakció lúg jelenlétében 160 °C-ig és 0,55 MPa nyomásig megy végbe. Általában 9-15 szénatomos alkoholokat használjon 6-7 mol etilén-oxiddal kombinálva .	[4] :[p. 31, 35] [2] :[p. 137-139]
	propoxilátok	R−O−(CH2CH ( CH3 ) O ) nH	propilén-oxid
	butoxilátok	R−O− ( CH2CH ( C2H5 ) O ) nH	butilén-oxid
	Alkil-glikozidok	R-(O-C 6 H 10 O 5 ) n H	szőlőcukor	ROH + nC 6 C 12 O 6 → R−(O−C 6 H 10 O 5 ) n H+nH 2 O A reakció szulfonsavak jelenlétében megy végbe 140°C-ig terjedő hőmérsékleten. Egy másik lehetőség a butil-éterek előzetes előkészítése, majd az átészterezés. A glikozidcsoportok száma 1 és 3 között van.	[4] :[p. 38] [2] :[p. 149]
Anionos felületaktív anyagok	Karboxietoxilátok	R−O−(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH	klór-ecetsav	RO(CH 2 CH 2 O) n H + ClCH 2 COOH → RO(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH + HCl A reakció lúg jelenlétében megy végbe, a savat a vizes oldat megsavanyításával és a vizes-só fázis elválasztásával izoláljuk.	[4] :[p. 40] [2] :[p. 126-127]
	Foszfátok és polifoszfátok	ROP(OH) 2O ; (RO) 2 P(OH)O	foszfor(V)-oxid	3ROH + P 2 O 5 → ROP(OH) 2 O + (RO) 2 P(OH)O Por alakú foszfor-oxid hozzáadása vízmentes alkoholokhoz vízmentes közegben 50-70°C-on erőteljes keverés mellett [K 3] .	[4] :[p. 54] [2] :[p. 122-123]
	Szulfoszukcinátok	ROC(O)CH2CH ( SO3Na ) COOH; ROC(O)CH2CH ( SO3Na ) COOR	maleinsavanhidrid , nátrium-szulfit	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 Alkoholok éterezése maleinsavanhidriddel (T 100 °C-ig) és melegítéssel tovább adagoljuk nátrium-szulfit-éterhez.	[4] :[p. 52–53.] [5]
	Alkil-szulfátok	R-O-SO 3 H [K 4]	kénsav , kén(VI)-oxid , klórszulfonsav	ROH + SO 3 → ROSO 3 H Alkoholok közvetlen szulfonálása, majd az oldat lúggal történő semlegesítése.	[4] :[p. 55–56.] [5]
	Alkil-éter-szulfátok	R- ( CH2CH2O ) nOSO3H _ _ _ _

Néhány más alkoholt is használnak felületaktív anyagok előállításához: glicerint (zsírsav-észterek - emulgeálószerek ), szorbitot ( szorbitánok ), monoetanol -amint és dietanol -amint ( alkanol -amidok ).

A felületaktív anyagok hatása a környezeti összetevőkre

A felületaktív anyagokat olyanokra osztják, amelyek gyorsan elpusztulnak a környezetben, és olyanokra, amelyek nem pusztulnak el, és elfogadhatatlan koncentrációban halmozódhatnak fel a szervezetekben. A felületaktív anyagok egyik fő negatív hatása a környezetben a felületi feszültség csökkenése . Például az óceánban a felületi feszültség változása a CO 2 és az oxigén visszatartásának csökkenéséhez vezet a víztestben. Csak néhány felületaktív anyag tekinthető biztonságosnak (alkil-poliglükozidok), mivel ezek bomlástermékei szénhidrátok . Ha azonban a felületaktív anyagok adszorbeálódnak a föld/homok részecskék felületén, akkor lebomlásuk mértéke/sebessége sokszorosára csökken. Mivel szinte minden iparban és háztartásban használt felületaktív anyag pozitív adszorpciót mutat a föld, homok, agyag részecskéin, normál körülmények között felszabadíthatják (deszorbeálhatják) az ezekben a részecskékben tartott nehézfém- ionokat , és ezáltal növelhetik ezen anyagok emberi szervezetbe jutásának kockázatát. szervezet.

Alkalmazások

• Mosószerek . A felületaktív anyagok fő felhasználása a mosó- és tisztítószerek aktív összetevője (beleértve a fertőtlenítésre használtakat is ), szappan , helyiségek, edények, ruhák, tárgyak, autók stb. ápolására. 2007-ben több mint 1 millió tonnát gyártottak Oroszországban szintetikus mosószerek, főleg mosószerek. Jelenleg a szintetikus mosószerekben a leggyakoribb felületaktív anyag az alkil-benzoszulfonát. Az anionos felületaktív anyagok csoportjába tartozik még az alkánszulfonát (SAS), az alkil-szulfát (FAS) és az illékony alkil-szulfát (FAES). A FAS származhat növényi forrásokból, például repceolajból vagy kókuszolajból . A kationos felületaktív anyagokban a hidrofil csoportot egy pozitív töltésű nitrogéntartalmú csoport képviseli. A klórion vagy metil-szulfát negatív töltésű ellensúlyként működik . Ezeket a felületaktív anyagokat különösen aktívan használják szintetikus mosószerekben a „kíméletes” mosáshoz, mivel kenőanyagként játszanak szerepet. A nemionos felületaktív anyagok nem hoznak létre ionokat a vizes oldatokban, ezért fontos előnyökkel járnak: teljesen immunisak a vízkeménységre, alacsony koncentrációban és alacsony mosási hőmérsékleten is magas hatékonyságot mutatnak, nem képeznek sok habot és megakadályozzák a ruhanemű sötétedését . A szaponin, amelyet szappanfűből vagy mosódióból (Waschnussen) nyernek, a nemionos felületaktív anyagok közé tartozik. A nemionos felületaktív anyagok egy másik példája a cukor-alkil-poliglükozid (APG), amely megújuló nyersanyagokból, például kukoricából, cukornádból és kókuszdióból származik. Az APG biológiailag lebomlik, és kiváló bőrkompatibilitást biztosít. Ezeket a felületaktív anyagokat használják a természetes mosószerekben.
• A tudomány. A felületaktív anyagokat széles körben használják a kutatásban, például a biológiában a sejtmembránok elpusztítására, hogy izolálják a sejtkomponenseket ( fehérjék , kromatin , RNS ) közvetlen elemzésük céljából ( western blot , kvantitatív PCR ) vagy más kísérletekben ( immunprecipitáció ). fehérje komplexek (Co-IP, kromatin (ChIP) , RNS (RIP) stb.).
• Kozmetikumok. A felületaktív anyagok fő felhasználási területe a kozmetikumokban a samponok, ahol a felületaktív anyag tartalma elérheti a teljes térfogat több tíz százalékát. A felületaktív anyagokat kis mennyiségben fogkrémekben, testápolókban, tonikokban és egyéb termékekben is használják.
• Textilipar. A felületaktív anyagokat főként a statikus elektromosság eltávolítására használják szintetikus szövetszálakból .
• bőripar. Bőrtermékek védelme az enyhe sérülésektől és letapadásoktól.
• Festékipar. A felületaktív anyagokat a felületi feszültség csökkentésére használják , ami biztosítja, hogy a festékanyag könnyen behatoljon a kezelt felület kis mélyedéseibe, és kitöltse azokat, miközben egy másik anyagot (például vizet) kiszorít onnan.
• Papíripar. A felületaktív anyagokat a tinta és a pép elkülönítésére használják a papír újrahasznosítása során. A tintapigmenten adszorbeálódó felületaktív molekulák hidrofóbbá teszik azt. Ezután a levegőt pigment és cellulóz oldaton vezetik át. Levegőbuborékok adszorbeálódnak a felületaktív anyag hidrofób részén, és a pigment részecskék a felületre úsznak (lásd flotáció ).
• Kohászat. A felületaktív emulziókat hengerművek kenésére és a súrlódás csökkentésére használják. Ellenáll a magas hőmérsékletnek, amelyen az olaj ég.
• Növényvédelem. A felületaktív anyagokat széles körben használják az agronómiában és a mezőgazdaságban peszticid emulziók előállítására. Arra is használják őket, hogy növeljék a tápanyagoknak a sejtjeik membránfalain keresztül történő szállításának hatékonyságát (lásd levéltáplálás ).
• Élelmiszeripar. Felületaktív anyagok emulgeálószerek formájában (például lecitin ) hozzáadásával javítják a fagylalt, csokoládé , tejszínhab, szószok, sütemények és egyéb ételek minőségét.
• Olajtermelés. Felületaktív anyagokat használnak az alsó lyukképződési zóna (BFZ) hidrofóbizálására az olaj visszanyerésének növelése érdekében .
• Építkezés. felületaktív anyag , úgynevezett lágyítószereket adnak a cement-homok keverékekhez és a betonokhoz, hogy csökkentsék vízigényüket, miközben megtartják a mobilitást. Ez növeli az edzett anyag végső szilárdságát (minőségét), sűrűségét, fagyállóságát és vízállóságát.
• A gyógyszer. A kationos és anionos felületaktív anyagokat a sebészetben antiszeptikumként használják. Például a kvaterner ammóniumbázisok körülbelül 300-szor hatékonyabbak, mint a fenol a mikroorganizmusok elleni pusztító hatás szempontjából. A felületaktív anyagok antimikrobiális hatása összefügg a sejtmembránok permeabilitására gyakorolt ​​hatásukkal, valamint a mikroorganizmusok enzimrendszerére gyakorolt ​​​​gátló hatásukkal. A nemionos felületaktív anyagoknak gyakorlatilag nincs antimikrobiális hatása.
• Hőenergetika. A felületaktív anyagokat a hőellátó rendszerek funkcionális felületeinek, valamint a hőcserélő berendezések munkafelületeinek kezelésére használják a hidrofóbicitás növelése és a nedvesítés érintkezési szögének növelése érdekében, ami számos pozitív hatáshoz vezet, mint például: a korróziós folyamatok sebessége; a hidraulikus ellenállás csökkentése; a berendezések és csővezetékek felületéről felgyülemlett lerakódások eltávolítása és új lerakódások kialakulásának megakadályozása. [6]

Gyártási mennyiség

2008-ban a felületaktív anyagok éves termelése 13 millió tonnát tett ki [7] . 2012-ben a felületaktív anyagok piacának mérete 26,8 milliárd dollár volt, 2016-ra várhatóan 31 milliárdra, 2020-ra pedig akár 36 milliárd dollárra nő [8] .

Kapcsolódó felületaktív anyagok

A társfelületaktív anyagokat nem használják a fő felületaktív anyag nélkül. Olyan további funkciókat is elláthatnak, mint szolubilizáló hatás, a statikus elektromos töltés csökkentése (haj, szövet), stabilizáló hatás a gélképző komponensekre, habzást fokozó vagy fordítva, habzás elnyomása, habstabilizálás stb. Példa társfelületaktív anyagra : kapril-glükozid.

Lásd még

• Szappan
• Felületaktív anyag
• Amfoter felületaktív anyag
• Kalcium szappan diszpergáló szerek
• Neonol
• Sintanol
• Sulfonol
• Katapin
• Kokamidopropil-betain

Jegyzetek

1. ↑ Mosószer akció // Great Russian Encyclopedia. 21. évfolyam - M. , 2012. - S. 360-361.
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 A felületaktív anyagok kémiája és technológiája / Szerk.: Richard J. Farn. - Blackwell Publishing Ltd., 2006. - 315 p. — ISBN 978-14051-2696-0 .
3. ↑ Dierker M., Schäfer HJ Felületaktív anyagok olajsavból, erukasavból és petroszelinsavból: Szintézis és tulajdonságok  //  European Journal of Lipid Science and Technology. - 2010. - 20. évf. 112 , sz. 1 . — 122. o .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Lange K. R. Felületaktív anyagok: szintézis, tulajdonságok, elemzés, alkalmazás = Surfactants. Gyakorlati kézikönyv / Per. angolról. - Szentpétervár. : "Szakma", 2004. - 240 p. — ISBN 5-93913-068-2 .
5. ↑ 1 2 Pletnev M. Yu. Kozmetikai és higiéniai mosószerek // . - Kémia. - M. , 1990. - S. 17-20. — ISBN 5-7245-0275-5 .
6. ↑ [www.src-w.ru Kutatóközpont "Kopásállóság" NRU "MPEI"] . (határozatlan)
7. ↑ Kosaric, Naim; Sukan, Fazilet Vardar. Biofelületaktív anyagok: előállítás és felhasználás – folyamatok, technológiák és  gazdaságtan . - CRC Press , 2014. - P. 153. - ISBN 9781466596702 .
8. ↑ Global Surfactant Market – Acmite Market Intelligence . Letöltve: 2015. december 2. Az eredetiből archiválva : 2015. december 22. (határozatlan)

Hozzászólások

1. ↑ Nem tévesztendő össze a felszíni (rádió) tevékenységgel .
2. ↑ Az etilén-oxidra, mint az alkoxilátok szintéziséhez használt leggyakoribb reagensre, egy sémát adunk.
3. ↑ Foszfor-oxid helyett polifoszforsavat is használnak, kiindulási termékként pedig alkohol-etoxilátokat.
4. ↑ Általában nem magukat a szulfonsavakat használják, hanem ammónium- vagy nátriumsókat, például: nátrium-lauril-szulfát .

Irodalom

• Felületaktív anyagok // Nagy orosz enciklopédia. 26. évfolyam - M. , 2014. - S. 487.
• Abramzon A. A., Gaevoy G. M. (szerk.) Surfactants. - L .: Kémia, 1979. - 376 p.
• Pletnev M. Yu. (szerk.) Felületaktív anyagok és készítmények. Könyvtár. - M .: "Kozmetika és Orvostudomány" Kiadó, 2002. - 752 p.
• Parshikova TV Felületaktív anyagok, mint az algák fejlődését szabályozó tényező. - Kijev: Phytosociocenter, 2004. - 276 p. (ukrán nyelven) ISBN 966-306-083-8 (hibás) .
• Parshikova, T.S. A felületaktív anyagok részvétele a mikroszkopikus algák fejlődésének szabályozásában // Journal of Hydrobiology. - 2003. - T. 39., 1. sz. - S. 64–70. — ISSN 0375-8990 .
• Ostroumov S. A. Biológiai hatások felületaktív anyagok hatása alatt az organizmusokra. — M.: MAKS-Press, 2001. — 334 p. ISBN 5-317-00323-7 .
• Stavskaya S. S., Udod V. M., Taranova L. A., Krivets I. A. A víz mikrobiológiai tisztítása felületaktív anyagokból. - Kijev: Nauk. Dumka, 1988. - 184 p. ISBN 5-12-000245-5 .
• Élelmiszer-emulgeálószerek és alkalmazásuk: [angolból fordítva. V. D. Shirokov] / Szerk. J. Hasenhüttl, R. Gartel. - Szentpétervár: Szakma, 2008. - 288 p.
• Failure, L.K. Felületaktív anyagok alkalmazása az elemzésben  : [ arch. 2018. január 27. ] : [képzés. juttatás] / L. K. Neudachina, Yu. S. Petrova. - Jekatyerinburg: Ural University Press, 2017. - 76 p. - UDC  543 (075.8) . — ISBN 978-5-7996-2021-9 .

Szótárak és enciklopédiák	Nagy katalán nagy kínai Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 11950036w J9U : 987007551148305171 LCCN : sh85130716 NDL : 00564605 NKC : ph126537 , ph124455