Overfladeaktivt stof

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 2. april 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Overfladeaktivt middel ( overfladeaktivt middel , tensid ) er en kemisk forbindelse, der koncentrerer sig om grænsefladen mellem termodynamiske faser og forårsager et fald i overfladespændingen . Sammen med sæber er syntetiske overfladeaktive stoffer den vigtigste aktive ingrediens i vaskemidler [1] .

Co-surfactanter (co-surfactanter) er kemiske forbindelser, der har egenskaben som et overfladeaktivt stof, men som er beregnet til at vedligeholde, forbedre, aktivere og andre egenskaber af det primære overfladeaktive stof. For eksempel for at øge opløseligheden af ​​dårligt opløselige komponenter eller for at opretholde skumningsevnen.

Overfladeaktivitet

De vigtigste kvantitative egenskaber for overfladeaktive stoffer er overfladeaktivitet [K 1]  - et stofs evne til at reducere overfladespændingen ved fasegrænsen - dette er derivatet af overfladespænding med hensyn til overfladeaktivt stofkoncentration, da C har en tendens til nul. Imidlertid har det overfladeaktive stof en opløselighedsgrænse (den såkaldte kritiske micellekoncentration eller CMC), når den når den, ved yderligere tilsætning af det overfladeaktive stof til opløsningen, forbliver dens koncentration ved fasegrænsen konstant, men samtidig, selvorganisering af de overfladeaktive molekyler i masseopløsningen sker (micelledannelse eller aggregering). Som et resultat af denne aggregering dannes såkaldte miceller. Et karakteristisk træk ved micelledannelse er turbiditeten af ​​den overfladeaktive opløsning. Vandige opløsninger af overfladeaktive stoffer får også en blålig (gelatinøs) nuance på grund af lysets brydning af miceller ( opalescens ).

Metoder til at bestemme CMC:

• overfladespænding metode;
• metode til at måle kontaktvinklen (kontaktvinkel) med en fast eller flydende overflade ( kontaktvinkel );
• spindrop metode ( spindrop, spindrop );

Strukturen af ​​overfladeaktive stoffer

Som regel er overfladeaktive stoffer organiske forbindelser med en amfifil struktur , det vil sige, at deres molekyler indeholder en polær del, en hydrofil komponent (funktionelle grupper -OH, -COOH, -SOOOH, -O- osv., eller, oftere, deres salte -ONa, -COONa, -SOOONa osv.) og ikke-polær (carbonhydrid) del, hydrofob komponent. Overfladeaktive stoffer kan fungere som almindelig sæbe (en blanding af natriumsalte af fedtcarboxylsyrer - oleat , natriumstearat osv.) og SMS (syntetiske rengøringsmidler), samt alkoholer , carboxylsyrer , aminer osv.

Klassificering af overfladeaktive stoffer

• Ioniske overfladeaktive stoffer
  • Kationiske overfladeaktive stoffer
  • Anioniske overfladeaktive stoffer
  • Amfotere overfladeaktive stoffer

• Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer
  • Alkylpolyglukosider
  • Alkylpolyethoxylater

Produktion af overfladeaktive stoffer fra højere fedtalkoholer

Det vigtigste råmateriale i produktionen af ​​moderne overfladeaktive stoffer til syntetiske vaskemidler er højere fedtalkoholer , som afhængigt af reagenset giver nonioniske eller anioniske overfladeaktive stoffer , hvilket illustreres af nedenstående diagram [2] :[s. 5] .

Verdensmængden af ​​anvendelse af højere fedtalkoholer til fremstilling af overfladeaktive stoffer udgjorde i 2000 1,68 millioner tons [2] :[p. 6] . I 2003 blev der produceret omkring 2,5 millioner tons overfladeaktive stoffer baseret på højere fedtalkoholer [3] .

Brugen af ​​højere fedtalkoholer til fremstilling af overfladeaktive stoffer

Klasse af overfladeaktive stoffer	Type af overfladeaktivt stof	Kemisk formel	Reagens til syntese	Synteseskema	Kilder
Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer	ethoxylater	R−O−(CH 2 CH 2 O) n H	ethylenoxid	[K 2] ROH + n(CH 2 CH 2 ) O → RO−(CH 2 CH 2 O) n H Reaktionen forløber i nærværelse af alkali ved temperaturer op til 160°C og tryk op til 0,55 MPa. Brug normalt C 9 -C 15 alkoholer i kombination med 6-7 mol ethylenoxid.	[4] :[s. 31, 35] [2] :[s. 137-139]
	propoxylater	R−O−(CH2CH ( CH3 ) O) n H	propylenoxid
	butoxylater	R−O−( CH2CH ( C2H5 ) O ) n H	butylenoxid
	Alkylglycosider	R- (  O - C6H10O5 ) n H _	glukose	ROH + nC 6 C 12 O 6 → R−(O−C 6 H 10 O 5 ) n H+nH 2 O Reaktionen forløber i nærværelse af sulfonsyrer ved temperaturer op til 140°C. En anden mulighed er den indledende fremstilling af butylethere efterfulgt af transesterificering. Antallet af glykosidgrupper varierer fra 1 til 3.	[4] :[s. 38] [2] :[s. 149]
Anioniske overfladeaktive stoffer	Carboxyethoxylater	R−O−(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH	chloreddikesyre	RO(CH 2 CH 2 O) n H + ClCH 2 COOH → RO(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH + HCl Reaktionen forløber i nærværelse af alkali, syren isoleres ved syrning af den vandige opløsning og adskillelse af den vandige saltfase.	[4] :[s. 40] [2] :[s. 126-127]
	Fosfater og polyfosfater	ROP(OH) 20 ; (RO) 2P (OH)O	phosphor(V)oxid	3ROH + P 2 O 5 → ROP(OH) 2 O + (RO) 2 P(OH)O Tilsætning af pulveriseret phosphoroxid til vandfri alkoholer i vandfrit medium ved 50-70°C under kraftig omrøring [K 3] .	[4] :[s. 54] [2] :[s. 122-123]
	Sulfosuccinater	ROC(O)CH2CH ( SO3Na ) COOH; ROC(O)CH2CH ( SO3Na ) COOR	maleinsyreanhydrid , natriumsulfit	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 Æterificering af alkoholer med maleinsyreanhydrid (T op til 100 °C) og yderligere tilsætning til natriumsulfitether ved opvarmning.	[4] :[s. 52-53] [5]
	Alkylsulfater	R−O−SO 3 H [K 4]	svovlsyre , svovl(VI)oxid , chlorsulfonsyre	ROH + SO 3 → ROSO 3 H Direkte sulfonering af alkoholer med efterfølgende neutralisering af opløsningen med alkali.	[4] :[s. 55-56] [5]
	Alkylethersulfater	R− ( CH2CH2O ) nOSO3H _ _ _ _

Nogle andre alkoholer bruges også til fremstilling af overfladeaktive stoffer: glycerol (estere med fedtsyrer - emulgatorer ), sorbitol ( sorbitaner ), monoethanolamin og diethanolamin ( alkanolamider ).

Effekt af overfladeaktive stoffer på miljøkomponenter

Overfladeaktive stoffer opdeles i dem, der hurtigt ødelægges i miljøet, og dem, der ikke ødelægges og kan ophobes i organismer i uacceptable koncentrationer. En af de vigtigste negative virkninger af overfladeaktive stoffer i miljøet er et fald i overfladespændingen . For eksempel i havet fører en ændring i overfladespændingen til et fald i tilbageholdelsen af ​​CO 2 og ilt i vandmassen. Kun få overfladeaktive stoffer anses for sikre (alkylpolyglukosider), da deres nedbrydningsprodukter er kulhydrater . Men når overfladeaktive stoffer adsorberes på overfladen af ​​jord-/sandpartikler, falder graden/hastigheden af ​​deres nedbrydning mange gange. Da næsten alle overfladeaktive stoffer, der anvendes i industri og husholdninger, har en positiv adsorption på partikler af jord, sand, ler, kan de under normale forhold frigive (desorbere) tungmetalioner, som holdes af disse partikler, og derved øge risikoen for, at disse stoffer trænger ind i mennesket. organisme.

Ansøgninger

• Rengøringsmidler . Hovedanvendelsen af ​​overfladeaktive stoffer er som en aktiv komponent i rengørings- og rengøringsmidler (inklusive dem, der anvendes til dekontaminering ), sæbe , til pleje af lokaler, service, tøj, ting, biler osv. I 2007 blev der produceret mere end 1 million tons i Rusland syntetiske vaskemidler, hovedsagelig vaskemidler. I øjeblikket er det mest almindelige overfladeaktive stof i syntetiske vaskemidler alkylbenzosulfonat. Gruppen af ​​anioniske overfladeaktive stoffer omfatter også alkansulfonat (SAS), alkylsulfat (FAS) og flygtigt alkylsulfat (FAES). FAS kan stamme fra plantekilder såsom rapsolie eller kokosolie . I kationiske overfladeaktive stoffer er den hydrofile gruppe repræsenteret af en positivt ladet nitrogenholdig gruppe. Chlorionen eller methylsulfatet fungerer som en negativt ladet modvægt . Disse overfladeaktive stoffer bruges især aktivt i syntetiske vaskemidler til "skånsom" vask, da de spiller rollen som smøremiddel. Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer danner ikke ioner i vandige opløsninger og har derfor vigtige fordele: de er fuldstændig immune over for vandhårdhed, udviser høj effektivitet selv ved lave koncentrationer og lave vasketemperaturer, danner ikke meget skum og forhindrer vasketøjet i at blive mørkt. . Saponin, opnået fra sæbeurt eller vaskenødder (Waschnussen), tilhører ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. Et andet eksempel på et ikke-ionisk overfladeaktivt stof er sukkeralkylpolyglucosid (APG), som er afledt af vedvarende råmaterialer såsom majs, sukkerrør og kokosnød. APG er biologisk nedbrydeligt og har fremragende hudkompatibilitet. Det er disse overfladeaktive stoffer, der bruges i naturlige vaskemidler.
• Videnskaben. Overfladeaktive stoffer bruges i vid udstrækning i forskning, for eksempel i biologi til ødelæggelse af cellemembraner for at isolere cellekomponenter ( proteiner , kromatin , RNA ) til deres direkte analyse ( western blot , kvantitativ PCR ) eller anvendelse i andre eksperimenter ( immunpræcipitation af proteinkomplekser (Co-IP, kromatin (ChIP) , RNA (RIP) osv.).
• Kosmetik. Hovedanvendelsen af ​​overfladeaktive stoffer i kosmetik er shampoo, hvor indholdet af overfladeaktive stoffer kan nå op på ti procent af det samlede volumen. Overfladeaktive stoffer bruges også i små mængder i tandpasta, lotion, tonics og andre produkter.
• Tekstilindustrien. Overfladeaktive stoffer bruges hovedsageligt til at fjerne statisk elektricitet fra syntetiske stoffibre .
• læderindustrien. Beskyttelse af læderprodukter mod let skade og klæbning.
• Maling industri. Overfladeaktive stoffer bruges til at reducere overfladespændingen , hvilket sikrer, at malingsmaterialet let trænger ned i små fordybninger på den behandlede overflade og udfylder dem, mens det fortrænger et andet stof (f.eks. vand) derfra.
• Papirindustrien. Overfladeaktive stoffer bruges til at adskille blæk fra papirmasse i papirgenbrug. Overfladeaktive molekyler, der adsorberes på blækpigmentet , gør det hydrofobt. Dernæst ledes luften gennem en opløsning af pigment og cellulose. Luftbobler adsorberes på den hydrofobe del af det overfladeaktive middel og pigmentpartikler flyder til overfladen (se flotation ).
• Metallurgi. Overfladeaktive emulsioner bruges til at smøre valseværker og reducere friktionen. Tåler høje temperaturer, hvor olien brænder.
• Plantebeskyttelse. Overfladeaktive stoffer er meget udbredt i agronomien og landbruget til at danne pesticidemulsioner. De bruges også til at øge effektiviteten af ​​transport af næringsstoffer til planter gennem membranvæggene i deres celler (se bladfodring ).
• Fødevareindustri. Overfladeaktive stoffer i form af emulgatorer (for eksempel lecithin ) tilføjes for at forbedre kvaliteten af ​​is, chokolade , flødeskum, saucer, småkager og andre retter.
• Olieproduktion. Overfladeaktive stoffer bruges til at hydrofobere bundhulsdannelseszonen (BFZ) for at øge olieudvindingen .
• Konstruktion. overfladeaktivt middel , kaldet blødgørere , tilsættes cement-sandblandinger og betoner for at reducere deres vandbehov og samtidig bevare mobiliteten. Dette øger den endelige styrke (kvalitet) af det hærdede materiale, dets densitet, frostbestandighed og vandbestandighed.
• Medicinen. Kationiske og anioniske overfladeaktive stoffer anvendes i kirurgi som antiseptika. For eksempel er kvaternære ammoniumbaser ca. 300 gange mere effektive end phenol med hensyn til destruktiv virkning mod mikroorganismer. Den antimikrobielle virkning af overfladeaktive stoffer er forbundet med deres virkning på permeabiliteten af ​​cellemembraner, såvel som den hæmmende virkning på mikroorganismers enzymatiske systemer. Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer har praktisk talt ingen antimikrobiel aktivitet.
• Termisk kraftteknik. Overfladeaktive stoffer bruges til at behandle funktionelle overflader af varmeforsyningssystemer såvel som arbejdsflader på varmevekslerudstyr for at øge hydrofobiciteten og øge kontaktvinklen for befugtning, hvilket fører til en række positive effekter, såsom: et multipelt fald i hastigheden af ​​korrosionsprocesser; reduktion af hydraulisk modstand; fjernelse af akkumulerede aflejringer fra overfladerne af udstyr og rørledninger og forebyggelse af dannelsen af ​​nye aflejringer. [6]

Produktionsvolumen

I 2008 udgjorde den årlige produktion af overfladeaktive stoffer 13 millioner tons [7] . I 2012 var størrelsen af ​​markedet for overfladeaktive stoffer 26,8 milliarder dollars, i 2016 forventes det at vokse til 31 milliarder og i 2020 - op til 36 milliarder [8] .

Associerede overfladeaktive stoffer

Co-overfladeaktive stoffer anvendes ikke uden det primære overfladeaktive stof. De kan have sådanne yderligere funktioner som en opløseliggørende effekt, reducere den statiske elektriske ladning (hår, væv), stabiliserende effekt på geldannende komponenter, forstærke eller omvendt undertrykke skumdannelse, skumstabilisering osv. Et eksempel på et co-overfladeaktivt middel : capryl glucosid.

Se også

• Sæbe
• Overfladeaktivt middel
• Amfotert overfladeaktivt stof
• Calcium sæbe dispergeringsmidler
• Neonol
• Sintanol
• Sulfonol
• Katapin
• Cocamidopropyl Betain

Noter

1. ↑ Detergent action // Great Russian Encyclopedia. Bind 21. - M. , 2012. - S. 360-361.
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 Kemi og teknologi af overfladeaktive stoffer / Redigeret af Richard J. Farn. - Blackwell Publishing Ltd, 2006. - 315 s. — ISBN 978-14051-2696-0 .
3. ↑ Dierker M., Schäfer HJ Overfladeaktive stoffer fra olie-, eruca- og petroselinsyre: Syntese og egenskaber  //  European Journal of Lipid Science and Technology. - 2010. - Bd. 112 , nr. 1 . — S. 122 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Lange K. R. Overfladeaktive stoffer: syntese, egenskaber, analyse, anvendelse = Overfladeaktive stoffer. En praktisk håndbog / Pr. fra engelsk. - Sankt Petersborg. : "Profession", 2004. - 240 s. — ISBN 5-93913-068-2 .
5. ↑ 1 2 Pletnev M. Yu. Kosmetiske og hygiejniske rengøringsmidler // . - Kemi. - M. , 1990. - S. 17-20. — ISBN 5-7245-0275-5 .
6. ↑ [www.src-w.ru Research Center "Wear Resistance" NRU "MPEI"] . (ubestemt)
7. ↑ Kosaric, Naim; Sukan, Fazilet Vardar. Biooverfladeaktive stoffer: Produktion og udnyttelse – processer, teknologier og  økonomi . - CRC Press , 2014. - S. 153. - ISBN 9781466596702 .
8. ↑ Globalt marked for overfladeaktive stoffer - Acmite Market Intelligence . Hentet 2. december 2015. Arkiveret fra originalen 22. december 2015. (ubestemt)

Kommentarer

1. ↑ Må ikke forveksles med overfladeaktivitet (radio) .
2. ↑ Et skema er givet for ethylenoxid, som det mest almindelige reagens til syntese af alkoxylater.
3. ↑ I stedet for phosphoroxid anvendes også polyphosphorsyrer, og alkoholethoxylater anvendes som udgangsprodukter.
4. ↑ Normalt bruges ikke selve sulfonsyrer, men ammonium- eller natriumsalte, for eksempel: natriumlaurylsulfat .

Litteratur

• Overfladeaktive stoffer // Great Russian Encyclopedia. Bind 26. - M. , 2014. - S. 487.
• Abramzon A. A., Gaevoy G. M. (red.) Surfactants. - L .: Kemi, 1979. - 376 s.
• Pletnev M. Yu (red.) Overfladeaktive stoffer og sammensætninger. Vejviser. - M .: Forlaget "Kosmetik og medicin", 2002. - 752 s.
• Parshikova TV Overfladeaktive stoffer som en faktor i reguleringen af ​​algeudvikling. - Kiev: Phytosociocenter, 2004. - 276 s. (på ukrainsk) ISBN 966-306-083-8 (fejlagtig) .
• Parshikova, T.S. Deltagelse af overfladeaktive stoffer i reguleringen af ​​udviklingen af ​​mikroskopiske alger // Journal of Hydrobiology. - 2003. - T. 39, nr. 1. - S. 64–70. — ISSN 0375-8990 .
• Ostroumov S. A. Biologiske virkninger under påvirkning af overfladeaktive stoffer på organismer. — M.: MAKS-Press, 2001. — 334 s. ISBN 5-317-00323-7 .
• Stavskaya S. S., Udod V. M., Taranova L. A., Krivets I. A. Mikrobiologisk rensning af vand fra overfladeaktive stoffer. - Kiev: Nauk. Dumka, 1988. - 184 s. ISBN 5-12-000245-5 .
• Fødevareemulgatorer og deres anvendelse: [oversat fra engelsk. V. D. Shirokov] / Ed. J. Hasenhüttl, R. Gartel. - St. Petersborg: Profession, 2008. - 288 s.
• Fejl, L.K. Anvendelse af overfladeaktive stoffer i analysen  : [ arch. 27. januar 2018 ] : [træning. godtgørelse] / L. K. Neudachina, Yu. S. Petrova. - Jekaterinburg: Ural University Press, 2017. - 76 s. - UDC  543 (075,8) . — ISBN 978-5-7996-2021-9 .

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk stor kinesisk Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	BNF : 11950036w J9U : 987007551148305171 LCCN : sh85130716 NDL : 00564605 NKC : ph126537 , ph124455