Ytaktivt ämne

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 2 april 2022; verifiering kräver 1 redigering .

Tensid ( tensid , tensid ) är en kemisk förening som, koncentrerad på gränsytan mellan termodynamiska faser , orsakar en minskning av ytspänningen . Tillsammans med tvål är syntetiska ytaktiva ämnen den huvudsakliga aktiva ingrediensen i tvättmedel [1] .

Kotensider (samytaktiva ämnen) är kemiska föreningar som har egenskapen hos ett ytaktivt ämne, men som är avsedda att bibehålla, förstärka, aktivera och andra egenskaper hos det huvudsakliga ytaktiva ämnet. Till exempel för att öka lösligheten av svårlösliga komponenter eller för att bibehålla skumningsförmågan.

Ytaktivitet

Den huvudsakliga kvantitativa egenskapen hos ytaktiva ämnen är ytaktivitet [K 1]  - förmågan hos ett ämne att reducera ytspänningen vid fasgränsen - detta är derivatan av ytspänningen med avseende på koncentrationen av ytaktivt ämne eftersom C tenderar till noll. Det ytaktiva medlet har emellertid en löslighetsgräns (den så kallade kritiska micellkoncentrationen , eller CMC), när den når vilken, vid ytterligare tillsats av det ytaktiva medlet till lösningen, dess koncentration vid fasgränsen förblir konstant, men samtidigt, självorganisering av de ytaktiva molekylerna i bulklösningen inträffar (micellbildning eller aggregation). Som ett resultat av denna aggregation bildas så kallade miceller. Ett utmärkande drag för micellbildning är grumligheten hos den ytaktiva lösningen. Vattenlösningar av ytaktiva ämnen får också en blåaktig (gelatinös) nyans på grund av micellers brytning av ljus ( opalescens ).

Metoder för att bestämma CMC:

• ytspänningsmetod;
• metod för att mäta kontaktvinkeln (kontaktvinkel) med en fast eller flytande yta ( kontaktvinkel );
• spindrop- metod ( spindrop, spindrop );

Strukturen av ytaktiva ämnen

Som regel är ytaktiva ämnen organiska föreningar med en amfifil struktur , det vill säga deras molekyler innehåller en polär del, en hydrofil komponent (funktionella grupper -OH, -COOH, -SOOOH, -O-, etc., eller, oftare, deras salter -ONa, -COONa, -SOOONa, etc.) och icke-polär (kolväte) del, hydrofob komponent. Ytaktiva ämnen kan fungera som vanlig tvål (en blandning av natriumsalter av fettkarboxylsyror - oleat , natriumstearat , etc.) och SMS (syntetiska tvättmedel), såväl som alkoholer , karboxylsyror , aminer , etc.

Klassificering av ytaktiva ämnen

• Joniska ytaktiva ämnen
  • Katjoniska ytaktiva ämnen
  • Anjoniska ytaktiva ämnen
  • Amfotära ytaktiva ämnen

• Nonjoniska ytaktiva ämnen
  • Alkylpolyglukosider
  • Alkylpolyetoxylater

Produktion av ytaktiva ämnen från högre fettalkoholer

Den viktigaste råvaran vid framställning av moderna ytaktiva ämnen för syntetiska tvättmedel är högre fettalkoholer , som beroende på reagens ger nonjoniska eller anjoniska ytaktiva ämnen , vilket illustreras av diagrammet nedan [2] :[s. 5] .

Världsvolymen för användning av högre fettalkoholer vid tillverkning av ytaktiva ämnen uppgick 2000 till 1,68 miljoner ton [2] :[s. 6] . 2003 producerades cirka 2,5 miljoner ton ytaktiva ämnen baserade på högre fettalkoholer [3] .

Användningen av högre fettalkoholer för framställning av ytaktiva ämnen

Klass av ytaktiva ämnen	Typ av ytaktivt ämne	Kemisk formel	Reagens för syntes	Syntesschema	Källor
Nonjoniska ytaktiva ämnen	etoxylater	R−O−(CH 2 CH 2 O) n H	etylenoxid	[K 2] ROH + n(CH 2 CH 2 )O → RO−(CH 2 CH 2 O) n H Reaktionen fortskrider i närvaro av alkali vid temperaturer upp till 160°C och tryck upp till 0,55 MPa. Använd vanligtvis C 9 - C 15 alkoholer i kombination med 6-7 mol etylenoxid.	[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
	Alkylglykosider	R− ( O − C6H10O5 ) n H _	glukos	ROH + nC 6 C 12 O 6 → R−(O−C 6 H 10 O 5 ) n H+nH 2 O Reaktionen fortskrider i närvaro av sulfonsyror vid temperaturer upp till 140°C. Ett annat alternativ är den preliminära framställningen av butyletrar följt av transesterifiering. Antalet glykosidgrupper varierar från 1 till 3.	[4] :[s. 38] [2] :[s. 149]
Anjoniska ytaktiva ämnen	Karboxyetoxylater	R−O−(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH	klorättiksyra	RO(CH 2 CH 2 O) n H + ClCH 2 COOH → RO(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH + HCl Reaktionen fortskrider i närvaro av alkali, syran isoleras genom surgöring av den vattenhaltiga lösningen och separation av den vattenhaltiga saltfasen.	[4] :[s. 40] [2] :[s. 126-127]
	Fosfater och polyfosfater	ROP(OH) 2O ; (RO) 2P (OH)O	fosfor(V)oxid	3ROH + P 2 O 5 → ROP(OH) 2 O + (RO) 2 P(OH)O Tillsats av pulveriserad fosforoxid till vattenfria alkoholer i ett vattenfritt medium vid 50-70°C under kraftig omrörning [K 3] .	[4] :[s. 54] [2] :[s. 122-123]
	Sulfosuccinater	ROC(O)CH2CH ( SO3Na ) COOH; ROC(O)CH2CH ( SO3Na ) COOR	maleinsyraanhydrid , 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 Företring av alkoholer med maleinsyraanhydrid (T upp till 100 °C) och ytterligare tillsats till natriumsulfiteter genom upphettning.	[4] :[s. 52-53] [5]
	Alkylsulfater	R−O−SO 3 H [K 4]	svavelsyra , svavel(VI)oxid , klorsulfonsyra	ROH + SO 3 → ROSO 3 H Direkt sulfonering av alkoholer med efterföljande neutralisering av lösningen med alkali.	[4] :[s. 55-56] [5]
	Alkyletersulfater	R−(CH 2 CH 2 O) n OSO 3 H

Vissa andra alkoholer används också vid framställning av ytaktiva ämnen: glycerol (estrar med fettsyror - emulgeringsmedel ), sorbitol ( sorbitaner ), monoetanolamin och dietanolamin ( alkanolamider ).

Effekt av ytaktiva ämnen på miljökomponenter

Tensider delas in i de som snabbt förstörs i miljön, och de som inte förstörs och kan ansamlas i organismer i oacceptabla koncentrationer. En av de största negativa effekterna av ytaktiva ämnen i miljön är en minskning av ytspänningen . Till exempel i havet leder en förändring i ytspänningen till en minskning av retentionen av CO 2 och syre i vattenmassan. Endast ett fåtal ytaktiva ämnen anses vara säkra (alkylpolyglukosider), eftersom deras nedbrytningsprodukter är kolhydrater . Men när ytaktiva ämnen adsorberas på ytan av jord-/sandpartiklar, minskar graden/hastigheten av deras nedbrytning många gånger om. Eftersom nästan alla ytaktiva ämnen som används inom industri och hushåll har en positiv adsorption på partiklar av jord, sand, lera, kan de under normala förhållanden frigöra (desorbera) tungmetalljoner som hålls av dessa partiklar och därigenom öka risken för att dessa ämnen kommer in i människan. organism.

Applikationer

• Rengöringsmedel . Den huvudsakliga användningen av ytaktiva ämnen är som en aktiv komponent i tvätt- och rengöringsmedel (inklusive de som används för dekontaminering ), tvål , för vård av lokaler, disk, kläder, saker, bilar, etc. Under 2007 producerades mer än 1 miljon ton i Ryssland syntetiska tvättmedel, främst tvättmedel. För närvarande är det vanligaste ytaktiva medlet i syntetiska tvättmedel alkylbensosulfonat. Gruppen av anjoniska ytaktiva ämnen inkluderar även alkansulfonat (SAS), alkylsulfat (FAS) och flyktigt alkylsulfat (FAES). FAS kan härledas från växtkällor som rapsolja eller kokosolja . I katjoniska ytaktiva ämnen representeras den hydrofila gruppen av en positivt laddad kväveinnehållande grupp. Klorjonen eller metylsulfatet fungerar som en negativt laddad motvikt . Dessa ytaktiva ämnen används särskilt aktivt i syntetiska tvättmedel för " skonsam " tvätt, eftersom de spelar rollen som smörjmedel. Nonjoniska ytaktiva ämnen skapar inga joner i vattenlösningar och har därför viktiga fördelar: de är helt immuna mot vattenhårdhet, uppvisar hög effektivitet även vid låga koncentrationer och låga tvätttemperaturer, bildar inte mycket skum och förhindrar att tvätten mörknar. . Saponin, erhållet från tvålört eller tvättnötter (Waschnussen), tillhör nonjoniska ytaktiva ämnen. Ett annat exempel på ett nonjoniskt ytaktivt ämne är sockeralkylpolyglukosid (APG), som härrör från förnybara råvaror som majs, sockerrör och kokosnöt. APG är biologiskt nedbrytbart och har utmärkt hudkompatibilitet. Det är dessa ytaktiva ämnen som används i naturliga tvättmedel.
• Vetenskapen. Ytaktiva ämnen används i stor utsträckning inom forskning, till exempel inom biologi för att förstöra cellmembran för att isolera cellkomponenter ( proteiner , kromatin , RNA ) för direkt analys ( western blot , kvantitativ PCR ) eller användning i andra experiment ( immunutfällning av proteinkomplex (Co-IP, kromatin (ChIP) , RNA (RIP), etc.).
• Kosmetika. Den huvudsakliga användningen av ytaktiva ämnen i kosmetika är schampon, där innehållet av ytaktiva ämnen kan nå tiotals procent av den totala volymen. Ytaktiva ämnen används också i små mängder i tandkräm, lotioner, tonika och andra produkter.
• Textilindustrin. Ytaktiva ämnen används främst för att avlägsna statisk elektricitet från syntetiska tygfibrer .
• läderindustrin. Skydd av läderprodukter från lätta skador och fastsättning.
• Färgindustrin. Ytaktiva ämnen används för att minska ytspänningen , vilket säkerställer att färgmaterialet lätt tränger in i små fördjupningar på den behandlade ytan och fyller dem samtidigt som det förskjuter ett annat ämne (till exempel vatten) därifrån.
• Pappersindustrin. Ytaktiva ämnen används för att separera bläck från massa vid pappersåtervinning. Surfaktantmolekyler, som adsorberas på bläckpigmentet , gör det hydrofobt. Därefter leds luften genom en lösning av pigment och cellulosa. Luftbubblor adsorberas på den hydrofoba delen av det ytaktiva medlet och pigmentpartiklar flyter upp till ytan (se flotation ).
• Metallurgi. Ytaktiva emulsioner används för att smörja valsverk och minska friktionen. Tål höga temperaturer vid vilka olja brinner.
• Växtskydd. Ytaktiva ämnen används i stor utsträckning inom agronomin och jordbruket för att bilda bekämpningsmedelsemulsioner. De används också för att öka effektiviteten av att transportera näringsämnen till växter genom membranväggarna i deras celler (se bladmatning ).
• Livsmedelsindustrin. Ytaktiva ämnen i form av emulgeringsmedel (till exempel lecitin ) läggs till för att förbättra kvaliteten på glass, choklad , vispgrädde, såser, kakor och andra rätter.
• Oljeproduktion. Ytaktiva ämnen används för att hydrofobera bottenhålsbildningszonen (BFZ) för att öka oljeutvinningen .
• Konstruktion. tensid , kallade mjukgörare , tillsätts till cement-sandblandningar och betong för att minska deras vattenbehov samtidigt som rörligheten bibehålls. Detta ökar den slutliga hållfastheten (kvaliteten) hos det härdade materialet, dess densitet, frostbeständighet och vattenbeständighet.
• Medicinen. Katjoniska och anjoniska ytaktiva ämnen används inom kirurgi som antiseptika. Till exempel är kvartära ammoniumbaser ungefär 300 gånger effektivare än fenol när det gäller destruktiv verkan mot mikroorganismer. Den antimikrobiella effekten av ytaktiva ämnen är förknippad med deras effekt på permeabiliteten hos cellmembran, såväl som den hämmande effekten på mikroorganismernas enzymatiska system. Nonjoniska ytaktiva ämnen har praktiskt taget ingen antimikrobiell aktivitet.
• Termisk kraftteknik. Ytaktiva ämnen används för att behandla funktionella ytor på värmeförsörjningssystem, såväl som arbetsytor på värmeväxlingsutrustning för att öka hydrofobiciteten och öka kontaktvinkeln för vätning, vilket leder till ett antal positiva effekter, såsom: en multipel minskning av hastigheten för korrosionsprocesser; minskning av hydrauliskt motstånd; avlägsnande av ackumulerade avlagringar från ytorna på utrustning och rörledningar och förhindrande av bildandet av nya avlagringar. [6]

Produktionsvolym

År 2008 uppgick den årliga produktionen av ytaktiva ämnen till 13 miljoner ton [7] . 2012 var storleken på marknaden för ytaktiva ämnen 26,8 miljarder dollar, 2016 förväntas den växa till 31 miljarder och 2020 - upp till 36 miljarder [8] .

Associerade ytaktiva ämnen

Co-tensider används inte utan det huvudsakliga ytaktiva medlet. De kan ha sådana ytterligare funktioner som en solubiliserande effekt, minska den statiska elektriska laddningen (hår, vävnad), stabiliserande effekt på gelbildande komponenter, förstärka eller omvänt undertrycka skumbildning, skumstabilisering, etc. Ett exempel på en co-tensid : kaprylglukosid.

Se även

• Tvål
• Tensid
• Amfotert ytaktivt ämne
• Kalcium tvål dispergeringsmedel
• Neonol
• Sintanol
• Sulfonol
• Katapin
• Cocamidopropylbetain

Anteckningar

1. ↑ Tvättmedelsåtgärd // Great Russian Encyclopedia. Volym 21. - M. , 2012. - S. 360-361.
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 Kemi och teknologi för ytaktiva ämnen / Redigerat av Richard J. Farn. - Blackwell Publishing Ltd, 2006. - 315 sid. — ISBN 978-14051-2696-0 .
3. ↑ Dierker M., Schäfer HJ Ytaktiva ämnen från oljesyra, erukasyra och petroselinsyra: Syntes och egenskaper  //  European Journal of Lipid Science and Technology. - 2010. - Vol. 112 , nr. 1 . — S. 122 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Lange K. R. Ytaktiva ämnen: syntes, egenskaper, analys, tillämpning = Ytaktiva ämnen. En praktisk handbok / Per. från engelska. - St Petersburg. : "Yrke", 2004. - 240 sid. — ISBN 5-93913-068-2 .
5. ↑ 1 2 Pletnev M. Yu. Kosmetiska och hygieniska rengöringsmedel // . - Kemi. - M. , 1990. - S. 17-20. — ISBN 5-7245-0275-5 .
6. ↑ [www.src-w.ru Research Center "Slitstyrka" NRU "MPEI"] . (obestämd)
7. ↑ Kosaric, Naim; Sukan, Fazilet Vardar. Biotensider: produktion och användning – processer, teknologier och  ekonomi . - CRC Press , 2014. - P. 153. - ISBN 9781466596702 .
8. ↑ Global Surfactant Market - Acmite Market Intelligence . Hämtad 2 december 2015. Arkiverad från originalet 22 december 2015. (obestämd)

Kommentarer

1. ↑ Inte att förväxla med ytaktivitet (radio) .
2. ↑ Ett schema ges för etylenoxid, som det vanligaste reagenset för syntes av alkoxylater.
3. ↑ Istället för fosforoxid används även polyfosforsyror och alkoholetoxylater används som utgångsprodukter.
4. ↑ Vanligtvis används inte själva sulfonsyror, utan ammonium- eller natriumsalter, till exempel: natriumlaurylsulfat .

Litteratur

• Tensider // Great Russian Encyclopedia. Volym 26. - M. , 2014. - S. 487.
• Abramzon A.A., Gaevoy G.M. (red.) Surfactants. - L .: Chemistry, 1979. - 376 sid.
• Pletnev M. Yu (red.) Ytaktiva ämnen och kompositioner. Katalog. - M .: Publishing House "Cosmetics and Medicine", 2002. - 752 sid.
• Parshikova TV Ytaktiva ämnen som en faktor i regleringen av algutveckling. - Kiev: Phytosociocenter, 2004. - 276 sid. (på ukrainska) ISBN 966-306-083-8 (felaktigt) .
• Parshikova, T.S. Tensiders deltagande i regleringen av utvecklingen av mikroskopiska alger // Journal of Hydrobiology. - 2003. - T. 39, nr 1. - S. 64–70. — ISSN 0375-8990 .
• Ostroumov S. A. Biologiska effekter under påverkan av ytaktiva ämnen på organismer. — M.: MAKS-Press, 2001. — 334 sid. ISBN 5-317-00323-7 .
• Stavskaya S. S., Udod V. M., Taranova L. A., Krivets I. A. Mikrobiologisk rening av vatten från ytaktiva ämnen. - Kiev: Nauk. Dumka, 1988. - 184 sid. ISBN 5-12-000245-5 .
• Matemulgeringsmedel och deras användning: [översatt från engelska. V. D. Shirokov] / Ed. J. Hasenhüttl, R. Gartel. - St. Petersburg: Yrke, 2008. - 288 s.
• Misslyckande, L.K. Användning av ytaktiva ämnen i analysen  : [ arch. 27 januari 2018 ] : [träning. bidrag] / L. K. Neudachina, Yu. S. Petrova. - Jekaterinburg: Ural University Press, 2017. - 76 sid. - UDC  543 (075,8) . — ISBN 978-5-7996-2021-9 .

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska stor kines Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	BNF : 11950036w J9U : 987007551148305171 LCCN : sh85130716 NDL : 00564605 NKC : ph126537 , ph124455