Способноста на сурфактантите, кога се адсорбираат на фазен интерфејс, радикално да ги променат неговите својства и со тоа да влијаат на многу важни својства на дисперзните системи, широко се користи во различни области на технологијата и бројни технолошки процеси. Во овој случај, влијанието на сурфактантите може да биде значително различно во зависност од хемиската природа и структурата на соседните фази и молекули на сурфактант, како и од условите на нивната употреба. По Rehbinder (10J), четири групи на сурфактанти може да се разликуваат според физичко-хемискиот механизам на нивното дејство на фазниот интерфејс и дисперзираниот систем како целина.Да дадеме краток прелиминарен опис на овие главни групи.
I. Супстанции кои се само сурфактанти (или претежно) на интерфејсот вода-воздух. Тие вклучуваат средни и повисоки хомолози на алифатични алкохоли и киселини, како и посложени природни супстанции. Сурфактантите кои припаѓаат на оваа група се умерено активни средства за навлажнување - со намалување на површинскиот напон на водата на интерфејсот со воздухот (види III.2); може да се користат и како средства за пенење, особено за формирање на нискостабилни пени (во флотација). Некои силно сурфактанти од оваа група (октил, изоамил алкохоли, итн.) исто така се користат како средства за депенење (види Поглавје VIII.2).
II. Супстанции од различна природа, сурфактанти на различни интерфејси помеѓу кондензирани фази (цврсто - течно, течно - течно). Сурфактанти од оваа група во услови на силно намалување Ана меѓуфазната граница тие придонесуваат за развој на нови фазни интерфејси во процесите на уништување, дисперзија и обработка на цврсти материи (види Поглавје VI, IX) и емулгирање на течности. Ваквите сурфактанти може да се групираат врз основа на нивното дејство под општото име дисперзанти. Супстанциите кои припаѓаат на оваа група на сурфактанти исто така овозможуваат контрола на селективно навлажнување (види Поглавје III.2).
И двете од овие групи се карактеризираат со отсуство на способност на молекулите на сурфактант да формираат просторни структури слични на гел и во најголемиот дел од фазите и на нивната интерфејс.
III. Сурфактанти кои имаат способност да формираат структури слични на гел, т.е., до одреден степен цврсти (види Поглавје VII.5) во слоеви и волумени на адсорпција
во фази Покрај тоа, во некои случаи, сурфактантите поврзани овде може да немаат висока површинска активност. Повеќето сурфактанти кои припаѓаат на оваа група се високомолекуларни, природни или синтетички супстанции со претежно сложена структура, со голем број поларни групи (протеини, глукозиди, деривати на целулоза, поливинил алкохол итн.). Таквите супстанции се користат како високоефикасни стабилизатори на умерено концентрирани дисперзни системи од различна природа: пени, емулзии, суспензии. Сурфактантите од оваа група можат да дејствуваат како пластификатори за високо концентрирани дисперзии (пасти). Механизмот на дејство на овие супстанции е разгледан во Поглавје. VII-IX.
IV. Сурфактанти кои имаат ефект на чистење. Тие ги комбинираат функциите на сите три претходни групи на сурфактанти и, покрај тоа, се способни за спонтано формирање во волуменот на течната фаза на термодинамички стабилни колоидни честички (формирање мицели во растворите на сурфактант, види Поглавје VI) и вклучување на загадувачи што може да се мијат во јадрото на мицелите (солубилизација, види таму). Ова вклучува различни анјонски, катјонски и нејонски сурфактанти од оние споменати подоцна во овој став.
Врз основа на нивната хемиска структура, сурфактантите можат да се поделат во две големи класи. Тоа се, од една страна, органски сурфактанти со амфифилни молекули, универзално сурфактанти на повеќето меѓуфазни граници (природно, под нивната температура на распаѓање), но обично обезбедуваат само релативно мало намалување на А(за 30-40 mJ/m2). Од друга страна, ова се широк спектар на, првенствено неоргански, супстанции кои покажуваат селективна, но често многу висока површинска активност во однос на даден специфичен интерфејс, способни да предизвикаат многу нагло намалување на (металите со ниска топење во однос на одредени поогноотпорни метали, вода во однос на низа соли итн.).
Посебно место заземаат органосилициум и други органоелементни сурфактанти, кои имаат зголемена отпорност на топлина и други својства што им овозможуваат да се користат во екстремни услови (високи температури и притисоци, агресивни средини). Важно место во современиот асортиман на сурфактанти почнуваат да заземаат соединенија со флуорирани (вклучувајќи перфлуорирани) радикали, способни за посилно намалување на o од конвенционалните сурфактанти со јаглеводородни хидрофобни радикали.
Се разбира, на класификацијата на сурфактантите може да се пристапи од различни гледишта, а дадената поделба според нивниот механизам на дејство во четири групи не е исцрпна (може да се преклопуваат една со друга и да се појавуваат заедно). Забележете дека оваа поделба е формулирана во принцип за конвенционални органски сурфактанти; во исто време, може да се прошири до одреден степен на други супстанции, особено на претставниците на групата II - дисперзанти (види Поглавје IX.4).
Опис на својствата и примената на сурфактантите во различни области на индустријата, земјоделството, медицината итн., податоци за суровините, синтезата и производството на сурфактанти може да се најдат во достапната референтна и монографска литература *.
Главните класи на синтетички органски сурфактанти се следните: алкинбензен сулфонати, алкил сулфати, олефински сулфонати, етоксилирани сурфактанти, блок кополимери, кватернерни амониумски бази.
Главните карактеристики кои го одредуваат обемот на производство на одредени сурфактанти, покрај нивните физичко-хемиски својства, се и нивната цена, достапноста на изворите на суровини и еколошката пријатност, кои се карактеризираат првенствено со биоразградливост -време да се намали концентрацијата на сурфактант за одреден број пати. Проблемот со синтетизирање на високо биоразградливи ПАБ сега стана особено релевантен. Ова, особено, се должи на фактот дека, концентрирајќи се во адсорпционите слоеви на површината на резервоарите, сурфактантите ги менуваат условите за живот на различни организми, на пример, поради промените во процесите на размена на кислород. Значајна еколошка опасност е формирањето на стабилна пена при адсорпција на сурфактанти на површината на водата, во филтри за прочистување итн. разгранетите алифатични радикали, особено со кватернерни јаглеродни атоми, се слабо подложни на микроорганизми. Затоа, употребата на парафински суровини за синтеза на сурфактанти со линеарна синџир е важен еколошки аспект на производството и употребата на сурфактанти.
Врз основа на нивната хемиска природа, органските сурфактанти со амфифилна структура се делат на анјонски, катјонски, амфолитички и нејонски. Доминантната позиција меѓу сурфактантите произведени во светот е окупирана од најевтините и прилично универзални анјонски сурфактанти, кои сочинуваат најмалку 60% од светското производство; до 30% се нејонски сурфактанти, ~ 10% се катјонски, а само дел од процентот се синтетички амфолитички сурфактанти.
Анјонските сурфактанти се органски соединенија кои, кога се дисоцираат во вода, формираат анјон со долг јаглеводороден радикал - носител на површинска активност; Покрај тоа, катјонот не е површински активен на интерфејсот вода-воздух. Анјонските сурфактанти ги вклучуваат следните соединенија.
Соли на карбоксилни киселини (сапуни) со општа формула RCOO - Me +, каде што R е органскиот радикал Cg - C20; Me + - Na + (во цврсти сапуни), K + (во течни сапуни) или NH 4. Таквите сурфактанти се одликуваат со прилично едноставната технологија на нивното производство (оттука, релативно ниската цена) и, што е многу важно, целосната биоразградливост. Сапуните со карбоксилна киселина имаат добар ефект на чистење само во алкална средина; во кисела средина (поради формирање на слабо растворливи масни киселини) и во тврда вода (поради формирање на нерастворливи соли на калциум и магнезиум), способноста за чистење на овие сурфактанти е ниска.
Долго време главни суровини за нивно производство беа природните масти - естри на глицерол и разни масни киселини, со чие сапунификација најчесто се добиваа сапуни со карбоксилна киселина. Потребата за огромна потрошувачка на вредни прехранбени суровини бараше развој на производството на синтетички масни киселини (FFA). FFA со нормална структура, кои содржат 10-20 јаглеродни атоми по молекула, се добиваат со неколку методи (види подолу) и се широко користени во производството на сурфактанти.
Алкиларил сулфонати (најчесто алкилбензен сулфонати) - соли на ароматични сулфонски киселини со општата формула RArSOJMe* се најевтините и најлесно достапни од синтетичките сурфактанти. Сочинуваат -70% сите произведени анјонски сурфактанти (повеќе од 100 ставки). Присуството на силен киселински анјон во нивната молекула обезбедува дисоцијација и, соодветно, добар ефект на чистење на таквите сурфактанти и во алкална и кисела средина, како и во тврда вода.
Вообичаено, алкилбензен сулфонатите се подготвуваат со алкилирање на бензенот со хлороалкани или олефини, проследено со сулфонација и неутрализација. До 1964 година, главната алифатична суровина беше таканаречениот пропилен тетрамер - мешавина од изомерни Cu-Cu олефини, вклучувајќи многу соединенија со разгранет ланец. Натриум тетрапропиленбензенсулфонат добиен од оваа суровина, произведена во Германија уште во Првата светска војна, поради неговата исклучително слаба биоразградливост (Сл.
Ориз. единаесет
/- натриум тетрапропиленбензенсулфонат; 2- линеарни алкилбензенсулфонати; 3- линеарни алкил сулфати
II-28, крива јас)моментално е забранета за употреба во повеќето развиени земји во светот, а неговото производство практично престана.
Во овој поглед, развиено е производството на алкилбензенсулфонати со линеарна структура на алкилниот радикал. Ваквите соединенија се карактеризираат со побрзо распаѓање во биосферата (сл. II-28, крива 2). Во овој случај, суровина за алкилација на бензен се нормални парафини, кои се изолирани, особено, од фракции на масла со ниска вриење (керозин).
Оваа група на сурфактанти вклучува и натриум пропил и бутил нафталан сулфонати (некали).
Алкил сулфатите се соли на естри на сулфурна киселина; општа формула ROSOjMe + (R обично Xiu - Xiu). Сурфактантите од оваа група се многу ветувачки од еколошка гледна точка (слика II-28, крива J), но се поскапи од алкиларил сулфонатите. Тие можат да се добијат и од повисоки масни алкохоли (HFAs) со сулфоестерификација проследена со неутрализација, и од олефини со долг ланец со директно додавање на сулфурна киселина во двојната врска и последователна неутрализација.
Алкил сулфонати - RSOJMe * (R обично Cu - C 2 o) - ветувачка група на сурфактанти кои имаат добар ефект на чистење при различни pH услови и во тврда вода, како и добра биоразградливост. Тие се добиваат со сулфохлорирање или сулфоксидација на повисоки парафини со последователна неутрализација. Меѓу ветувачките анјонски сурфактанти, треба да се споменат и олефинските сулфонати.
Анјонските сурфактанти, исто така, вклучуваат супстанции чии молекули содржат други видови анјонски групи: фосфати - соли на парцијални естери на фосфорна киселина, различни соли на тиосулфонски киселини, ксантати, тиофосфати итн. детергенти), средства за пенење; тие се главните сурфактанти кои формираат мицели (види Поглавје VI) со најголем производствен волумен и опсег. Анјонските сурфактанти најактивно ги покажуваат своите својства во алкални средини, иако можат да се користат и во кисели средини, на пример, кога се третираат метали со киселини за да се отстранат оксидните филмови.
Катјонските сурфактанти се дисоцираат во вода за да формираат развиен органски катјон - носител на површинска активност. Тие вклучуваат алифатични и ароматични амини (примарни, секундарни и терциерни) и нивни соли, тетра-амониумски бази, деривати на пиридин итн.
Масните амини може да се добијат од алкил халиди со реакција со амонијак (или пониски амини), од масни киселини или нивни деривати (амиди и амониумови соли), а исто така и со амонолиза на масни алкохоли. Амините се дисоцираат и покажуваат површинска активност главно во кисели средини. Повисоките хомолози, на пример октадециламин, се нерастворливи во вода, но се сурфактанти растворливи во масло.
Соли на кватернерни амониумски бази)