Поверхностно-активные вещества

Особенности поверхностно-активных веществ (ПАВ) и сферы их применения

Сначала давайте сконцентрируем внимание на термине ПАВ – расшифровка этого обозначения является очевидной не для всех. ПАВ (поверхностно-активные вещества) – это особые субстанции, которые обладают способностью аккумулироваться на площади  соприкосновения 2 веществ или физических тел. Они образовывают на ней адсорбционный слой и тем самым вызывают снижение силы поверхностного натяжения.

ПАВ: свойства и молекулярные особенности

Эти вещества являются таковыми только в том случае, если наличие их малого количества в растворе вызывает внезапное снижение силы поверхностного натяжения вещества, которое содержится в нем. А для этого необходимы соответствующие условия для проявления частицами ПАВ их активности.

ПАВ примеры полярных групп веществ – углеводы и аминокислоты, а неполярными считаются углеродные радикалы.

Что такое ПАВ  и какими преимуществами они обладают? Данные субстанции являются связующим звеном в процессе взаимодействия веществ, которые прежде полностью игнорируют друг друга (как, например, вода и масло). Именно поэтому поверхностно-активные вещества чаще всего используются в разных очищающих средствах и в качестве стабилизаторов для эмульсий.

Поверхностно-активные вещества и их применение в моющих средствах:

·                    неполярная часть молекулы взаимодействует с частичками загрязнений – они чаще всего имеют жирную природу;

·                    гидрофильные частички вещества позволяет загрязнению интенсивно взаимодействовать с молекулой воды, что дает возможность быстро избавить посуду от жира.

Какие вещества поверхностно-активные чаще всего применяются в процессе изготовления разных чистящих средств? Это высшие жирные кислоты, на их основе также создается туалетное мыло.

Коллоидные ПАВ состоят из дифильных молекул – они образовывают мицеллы. Их наружная поверхность обволакивается гидрофильными частичками эмульгатора – с их помощью они взаимодействуют с водой и позволяют раствору избежать расслоения на протяжении длительного времени.

ПАВ: классификация по характеру использования

Эмульгирование, солюбилизация, смачивание поверхностно-активных веществ – пример разных вариантов их использования. Любое из них может одновременно обладать всеми вышеперечисленными свойствами. Но в то же время каждое из них способно демонстрировать разную степень эффективности того или иного действия, поэтому они классифицируются следующим образом:

·                    Смачиватели – это такие типы ПАВов, которые способны вызвать реакцию образования отдельных капелек жидкости или измельчения твердого тела на мелкие части. Этот компонент необходим на первой стадии очищения – он упрощает распад загрязнения на отдельные части для его дальнейшего удаления с поверхности.

·                    Эмульгаторы – это вещества, которые позволяют стабилизировать состав эмульсии, изготовленной на основе жидкостей, которые в естественном состоянии не смешиваются. Эмульгаторами, которые чаще всего применяются, являются стабилизаторы пены и компоненты, образовывающие ее.

·                    Солюбилизаторы – их молекулы схожи с молекулами растворителя – они повышают растворимость частичек вещества, которое в естественных условиях плохо растворяется в обусловленной жидкой среде.

·                    Моющие средства – это ПАВы, которые используются в жидкостях для очищения твердой поверхности от разных типов загрязнений.

 

Систематизация ПАВ за длиной цепи липофильных компонентов

Классификация эмульгаторов
Дисперсность эмульгаторов	Эмульгаторы для эмульсий типа м/в	Эмульгаторы для эмульсий типа в/м
Грубая	CaCO3, CaSO4, Fe2O3, Fe(OH)3, SiO2, глина и др.	HgI2, PbO, сажа и др.
Коллоидная	Желатин, казеин, альбумин, крахмал, декстрин, гуммиарабик, лецитин, желчные кислоты и др.	Смолы, каучук, холестерин и др.
Молекулярная	Мыла щелочных металлов, красители	Мыла многовалентных металов

 

Ее используют тогда, когда ПАВы рассматриваются как стабилизаторы эмульсий.

Для стабилизации эмульсий используются ПАВы с короткой цепью гидрофобных элементов. Если добавить подобное вещество в эмульсию, вокруг каждой частицы масла будет образовываться слой из эмульгирующего агента, который тем самым не только повысит ее устойчивость, но и придаст большей гидрофильности.

Липофильные поверхностно-активные вещества – это эмульгаторы с длинной цепочкой гидрофобных элементов. Их молекулы практически полностью находятся в масле, а удерживаются на частичках воды благодаря небольшому количеству гидрофильных элементов. Именно поэтому на каждой капле воды образовывается плотная оболочка из частичек эмульгатора, которая препятствует их слиянию с другими молекулами воды.

В целях качественного оценивания пригодности использования этих веществ внедрен параметр, который оценивает баланс гидрофильных и липофильных частиц (ГЛБ).

Использование ПАВ в зависимости от величины ГЛБ
Число ГЛБ	Применение ПАВ
3 - 6	Эмульсия вода в масле (в/м)
7 - 9	Смачиватели
8 - 13	Эмульсия масло в воде (м/в)
13 - 15	Моющие средства
15 - 18	Солюблизаторы

 

Поверхностно-активные вещества, их свойства и классификация по разновидности гидрофильных групп

Именно она является наиболее часто используемой для типологизации разных видов этих веществ.

Согласно ее основным критериям, они делятся на:

·                    анионные;

·                    катионные;

·                    ионные;

·                    не ионные;

·                    амфотерные.

Анионные ПАВ – что это и чем они отличаются от катионных? Они диссоциируют в растворе, образовывая ионы с отрицательным зарядом. К ним относятся калиевые и натриевые соли жирных кислот, а также алкилсульфаты. Анионные ПАВ дополнительно проходят процедуру фракционной дистилляции и сульфатирование. Именно таким образом во всем мире изготавливают лаурилсульфат.

Некоторые анионные ПАВ
Наименование ПАВ	Строение
Na-соль первичных алкилсульфатов
Вторичные алкилсульфаты
Разветвлённые вторичные сульфаты
Вторичные алкилсульфонаты
Алкилбензолсульфонаты
Диалкилнафталинсульфонаты
Алкилбензамидазосульфонаты
Соли высших жирных кислот (мыла)
Сложные эфиры моноглицеридсульфатов
Сульфированные жирноароматические карбоновые кислоты
Сложные эфиры сульфоянтарнойкислоты
Бутиловый эфир сульфорицинолевой кислоты
Сложные эфиры сульфонаталкилкарбоновых кислот
N-ацилметиламиноалкилсульфонаты
N-ациламиноалкилсульфонаты
N-алкил-N-арилкарбамидоалкилсульфаты
Модифицированные мыла N-метил-N-карбоксиметиламиды высших кислот
Конденсат полипептида с жирными кислотами
Конденсат полипептида и алкилсульфоновых кислот

 

ПАВ катионные в процессе диссоциации образуют ионы с положительным зарядом – обычно это амины и их соли. Их гораздо меньше вырабатывают, нежели ПАВов анионного типа, но у них есть весомое преимущество – высокоэффективное бактерицидное и моющее действие. Отдельные представители катионных поверхностно-активных веществ давно вошли в список лекарственных препаратов – например, цетилпиридиний хлорид.

Некоторые катионные ПАВ
Наименование ПАВ	Строение
Соли первичных аминов
Соли вторичных аминов
Соли третичных аминов
Четвертичные аммониевые соли
Сульфониевые соединения
Фосфониевые соединения
Алкилпиридиновые соли

 

Амфотерные ПАВ проявляют либо катионную, либо анионную активность в зависимости от того, в какой среде они находятся.

Что такое поверхностно-активные вещества не ионного типа? Это высокомолекулярные соединения, не образовывающие во время пребывания в водном растворе ионов. А растворяются они в воде благодаря наличию в их молекуле гидроксильных или эфирных неионогенных групп.

Представители этого типа ПАВов очень ценятся в медицинской промышленности по нескольким причинам:

·                    их основные свойства зависят от пропорции между липофильной и гидрофильной частями молекул – соответственно, ее можно изменять в зависимости от того, продукт с какими химическими и физическими свойствами необходим;

·                    анионные ПАВ неионогенные устойчивы к внешнему воздействию, они совмещаются с органическими растворителями и лекарственными веществами;

·                    они менее агрессивно воздействуют на кожу, а также повышают всасывание лекарственных препаратов.

Некоторые неионные ПАВ
Наименование ПАВ	Строение
1. Полиэтиленоксидные производные
Эфиры полигликоля и высших жирных кислот
Полигликольамид
Моноалкилполиэтиленгликоли
Алкилфениловый эфир полигликоля
Сульфоэфир полигликоля
2. Полиоксипроизводные
Эфир ангидросорбита и жирных кислот (спены)
Полигликолевый эфир ангидросорбита и жирных кислот (твины)
3. Алкилоламиды жирных кислот
Моноэтаноламиды
Диэтаноламиды
N-алкилдиэтилентриаминкарбоновые кислоты
N-алкиласпарагиновая кислота
N-алкил-бета-аланин
Полигликолевый эфир полипропиленгликоля
Полигликолевый эфир этилендиаминополипропиленгликоля
Диалкилдиоксиацетилен
Алкил-сахаруретаины

 

ПАВ – употребление в разных сферах промышленности

В мире возрастает процент производства синтетических компонентов. В зависимости от химического состава, назначения и способа применения они выпускаются в полужидкой, жидкой и твердой форме.

В связи со сложной экологической ситуацией особое внимание уделяется созданию ПАВов с линейным строением молекул – такие вещества легко разлагаются в природных условиях, не ухудшают характеристики воды и грунта производными распада.

Поверхностно-активным веществам успешно нашли применение в индустрии сельского хозяйства, пищевой, химической, фармацевтической промышленности, отрасли нефтепереработки, а также в быту.

Сферы использования ПАВов:

·                    производство средств, используемых в санитарно-гигиенических целях;

·                    производство лаков и красок;

·                    для улучшения итогового качества продуктов нефтепереработки;

·                    во время обогащения добываемых полезных ископаемых;

·                    в качестве компонента средств от коррозии и гидроизоляционных материалов.

 

Воздействие ПАВ на организм человека

К примеру, пищевые поверхностно-активные вещества часто добавляются в хлебобулочные изделия для замедления их черствения.  Их накопление в клетках организма нередко приводит к ухудшению состояния здоровья.

Большинство ПАВов, которые содержатся в разных средствах, непосредственно контактируют с кожей, поэтому особое внимание стоит уделять их воздействию на эпидермис.

При продолжительном контакте эпидермиса с мылом возникает сильное раздражение кожи. Согласно данным исследований, сульфоэфиры, а также сульфоэтерифицированные масла не вызывают подобной реакции кожи, поэтому многие мировые производители включают именно их в состав разных косметических средств и средств бытовой химии.

Если рассматривать ПАВы исходя из степени их раздражающего действия – то они располагаются в таком порядке: на 1 месте катионные ПАВ, на 2 – анионные, на 3 – неионные.

Если многие ПАВы вызывают настолько сильную реакцию на коже, то, что тут можно говорить об их вреде для слизистой глаз. Если раствор с их содержанием случайно попадет в глаза – он сразу вызывает сильные болезненные ощущения – при большом проценте содержания поверхностно-активных веществ в средстве не исключено повреждение глазной ткани.

Гемоглобин – это белок, содержащий железо, он способен соединяться с молекулами кислорода и обеспечивать его транспортировку в ткани по всему организму.

Влияние поверхностно-активных веществ на эритроциты является разрушительным, если их концентрированный раствор ввести внутривенно. Их оболочка или полностью разрушается, или становится легко проницаемой – в итоге гемоглобин покидает пределы эритроцитов и оказывается в окружающей их среде.

Гемолиз гемоглобина, который вызывает действие этих веществ, замедляется  при наличии в организме достаточного количества фосфолипидов и холестерина.

Если ПАВ вещества ввести в кровь, то они взаимодействуют не только с красными кровяными тельцами, но и с остальными компонентами крови. К примеру, они могут резко повышать фагоцитоз лейкоцитов или усиливать антикоагулятивное действие.

Перед применением ПАВов в изготовлении разных средств они проходят проверку на токсичность. Эти вещества не должны вызывать нарушения функционирования человеческого организма.

В следующей таблице указаны статистические данные о токсичности некоторых видов ПАВов на основе показателя ЛД50 (средней дозы любого вещества, которое способно вызвать гибель половины группы подопытных животных).

Величины LD50 ПАВ
Наименование класса соединений ПАВ	Доза LD 50 г/кг	Способ введения ПАВ
Неполимерные четвертичные аммониевые соединения	0,05 - 0,5	Орально
Типичные анионоактивные вещества (сульфаты и сульфонаты)	2 - 8	Орально
Неионные ПАВ	5 - 50	Орально
Эфиры полиоксиэтилена и полиэтиленгликоля	0,4 - 1,5	Внутривенно

 

Согласно этим данным, наиболее опасными для здоровья человека являются катионные поверхностно-активные вещества, а наименее – неионные ПАВ.

Влияние ПАВ на экологию

В связи с резким развитием ПАВ производства в мире резко сократилось потребление мыла. Это создало новую проблему – как очистить сточные воды от остатков поверхностно-активных веществ, которые не подлежат естественному разложению? ПАВы проникают в воду, используемую для питья, тем самым ухудшая ее качество и подвергая здоровье человека опасности.

Именно поэтому сейчас перед создателями чистящих средств возникла новая дилемма – необходимо использовать в производстве такие ПАВ, которые бы проходили процесс естественного распада намного быстрее и не ухудшали бы экологическую ситуацию в мире. Поверхностно-активные вещества купить по выгодной цене вы можете в нашем интернет-магазине.

В некоторых странах уже приняли законы, которые обязывают использовать в производстве моющих средств ПАВы с биоразлагаемостью не менее 80%. Например, к ним относятся алкилбензолсульфонаты с неразветвленной цепью алкилов.

Согласно мнению ведущих экспертов в области защиты природы, важно не только заменить алкилбензолсульфонаты алкилсульфонатами и алкилсульфатами, но и использовать в процессе производства натуральные жирные кислоты, крахмал, полученный из кукурузы, и другие субстанции, которые обладают 100%-ной разлагаемостью.

Кроме этого, стоит обратить внимание также на совершенствование ПАВ-фильтров сточных вод от загрязнений – это не менее важно, чем использование ПАВ с подходящим уровнем естественной разлагаемости.