Білім алушының оқудағы жетістіктерін бағалардың дәстүрлі шкаласына аудару арқылы баллдық-рейтингтік әріптік бағалау жүйесі

Кызылорда 2018

РАЗРАБОТАНО:
Составитель « » 2018 ж. Дармагамбет К.Х., кандидат химических наук, акад.профессор кафедры «Экология и химическая технология»

2 ОБСУЖДЕНО:

2.1 На заседании кафедры «Экология и химическая технология»

Протокол № от « » 2018 г.

1. 
   Лекции……………………………………………………………………..4
   
2. 
   Лабораторные занятия…………………………………………………...32
   
3. 
   СРС……………………………………………………………………….35
   
4. 
   Список литературы………………………………………………………37
   

План:

2. Жирные спирты и жирные кислоты

3. Углеводороды для синтеза ПАВ

Сырье для производства ПАВ делится на два основных типа:

• ' природное (олеохимическое);

• нефтехимическое

Преимущества природного сырья заключаются прежде всего в том, что

оно является возобновляемым ресурсом и гораздо более экологически безопас­ным. В западно-европейских странах, а также США, доля природного сырья в производстве ПАВ доходит до 70 %. В России основу средств косметико-гигиенического назначения составляет нефтехимическое сырье.

Метиловые эфиры жирных кислот далее подвергаются гидролизу. Жир­ные кислоты, метиловые эфиры жирных кислот и глицерин являются важней­шими видами сырья для производства ПАВ. Жирно-кислотный состав масел и жиров во многом определяет, например, качество получаемого мыла.

В настоящее время широко распространенное туалетное мыло получают из смеси пальмового и пальмоядрового масел (в качестве примера приведен жирно-кислотный состав пальмового масла).

Жирно-кислотный состав пальмового масла, %

Лауриновая кислота Ci_2:o - 0.. .0,5

Пальмитиновая кислота Стеариновая кислота Олеиновая кислота

Наибольшее распространение получило для производства ПАВ касторо­вое масло, основным компонентом которого является рицинолевая кислота (ее содержание более 80%):

Наличие гидроксильной группы в рицинолевой кислоте придает ей свой­ства спиртов. Благодаря этому касторовое масло можно сульфатировать, полу­чая ализариновое масло, а также превращать, например, в малеинаты, сульфо-сукцинаты, другие ПАВ.

Еще один важный класс природного сырья для получения ПАВ представ­лен жирными кислотами таллового масла, являющимся отходом! бумажной промышленности.

Жирно-кислотный состав таллового масла, %

С 16:0 (пальмитиновая кислота) - 0,2

Сi8:o (стеариновая кислота) - 2,2

Ci8:i (олеиновая кислота) - 58,6

С18-2(линолевая кислота) - 36,0

> Си- 3,0

14875-

отсутствует не б^олее 4% не более 2%

Жирные кислоты талового масла должны соответствовать ГОСТ 79 и иметь следующие показатели:

• 
  Вода
  
• 
  Неомыляемые вещества
  
• 
  Массовая доля смоляных кислот
  
• 
  Степень чистоты в пересчете на олеиновую и линолевую кислоты
  

углеводы (например, целлюлоза), гидролизаты белков и т.д.

Алкены (олефи-ны) фракции С _]2- С i₈ также интенсивно используются в качестве сырья. Технология их получения состоит в проведении реакции Циг-лера:

(сн₂снд)-с₂н₅

акчсн₂сн2)-с₂н₅ ⁺ сн₂=сн₂ *-а(с₂н5)_з+ 3 сн₂=сн-^н₂сн2)-|с₂н₅

\сн₂сн₂}-с₂н₅ ^1,1

Данный метод используется компаниями «Shell», «Атосо».

Наибольшее распространение среди алкенов в настоящее время получили низкомолекулярные: этилен и пропилен. На их основе по реакции 1|[рилежаева получают соответствующие оксиды. Реакцию проводят при давлении в не­сколько атмосфер, при температуре 130-140 °С. Часто в качестве катализаторов используют надуксусную кислоту.

В настоящее время промышленное значение для производства ПАВ при­обретают разветвленные алкены. Они поставляются в виде фракций с опреде­ленной температурой кипения. Технологический процесс их получения заклю­чается в пропускании пропиленового сырья через многосекционный реактор, содержащий модифицированный кизельгур.

Вопросы для самоконтроля:

1. В чем преимущества природного сырья для синтеза ПАВ?

2. Какие соединения называются ПАВ?

3. Какие углеводороды используются для синтеза ПАВ?

План:

2. Основы теории моющего действия

Добавление различных по химической природе веществ приводит к уве­личению или уменьшению поверхностного натяжения водных растворов. Ве­щества, повышающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-инактивными (ПИАВ); понижающие - поверхностно-активными (ПАВ). К ПИАВ относят, например, любые электролиты (щёлочи, кислоты). ПАВ пред­ставляют собой чаще всего биполярные органические соединения, ^еполярная (гидрофобная) часть которых представлена длинноцепочечным углеводород­ным радикалом с С > 8, полярная (гидрофильная) - различными функциональ­ными группами.

При контакте ПАВ с поверхностью жидкости или твердого тела происхо­дит процесс адсорбции, заключающийся в накоплении молекул поверхностно-активного вещества на границе раздела фаз. Особенностью адсорбции является то, что она протекает с выделением тепла, причем не на всей поверхности твердого тела, а только на его активных центрах. Адсорбционный слой может состоять из одного или нескольких слоев адсорбированных молекул.; Особенно­стью поверхности жидкости является то, что все точки ее одинаково активны к адсорбции. Гидрофильная группа ПАВ направляется к воде, а гидрофобная -к воздуху. Такую ориентацию молекул Лэнгмюр назвал «частоколом». В ре­зультате свойства тел, покрытых адсорбционными слоями, резко изменяются: гидрофобные поверхности становятся более гидрофильными, они лучше смачи­ваются водой.

При адсорбции происходит также растворение ПАВ в одной из фаз. При этом вначале образуются истинные растворы, в которых ПАВ находятся в виде молекул. По мере добавления ПАВ наблюдается резкое изменение свойств рас­творов. Происходит формирование коллоидных растворов, в которых ПАВ на­ходятся в виде более крупных агрегатов, называемых мицеллами. Предел исти­ной растворимости ПАВ называется критической концентрацией мицеллообра-зования (ККМ).

Наиболее универсальными методами определения ККМ являются:

1. 
   расчет из изотерм поверхностного натяжения растворов ПАВ,
   
2. 
   потенциометрическое титрование растворов ПАВ;
   
3. 
   при адсорбции на поверхности раздела фаз радикально
   

а) по физико - химическому механизму их воздействия на поверхность раздела фаз и дисперсную систему в целом:

• вещества,' поверхностно-активные только (или преимущественно) на границе раздела вода - воздух. ПАВ, относящиеся к этой rpynnej, представ­ляют собой умеренно действующие смачиватели и пенообразователи. Некото­рые представители (октанол, изоамиловый спирт) могут действовать как пено-гасители;

• 
  разнообразные по природе вещества, поверхностно-активные на различных границах раздела конденсированных фаз. ПАВ этой группы чаще всего выступают в качестве диспергаторов; кроме того, они позволяют управ­лять избирательным смачиванием;
  
• 
  ПАВ, обладающие способностью к образованию гелеподобных структур в адсорбционных слоях и в объёмах фаз. Как правило, это высокомо­лекулярные ПАВ (белки, гликозиды, производные целлюлозы и др.). Такие ве­щества используют в качестве высокоэффективных стабилизаторов умеренно концентрированных дисперсных систем различной природы: пен, эмульсий, суспензий. ПАВ этой группы могут выступать как пластификаторы высококон­центрированных дисперсий;
  
• 
  ПАВ, обладающие моющим действием. Они объединяют функции ПАВ остальных трёх групп и, кроме того, способны к образованию в объёме жидкой фазы термодинамически стабильных коллоидных частиц - мицелл и включению отмываемых загрязнений в ядро мицелл - солюбилизации.
  

б) по химическому строению ПАВ делят на два больших класса. Это, с

Принципы моющего действия впервые были сформулированы П. А. Ре-биндером. Согласно его теории моющая способность определяется поверхност­ной активностью коллоидных ПАВ, способных давать на отмываемой поверх­ности и частицах загрязнения насыщенные или близкие к насыщению адсорб­ционные слои. Процесс отмывания зависит от следующих факторов:

• 
  природы и концентрации загрязнений (загрязнения общего характе­ра, пищевые, продукты жизнедеятельности человека);
  
• 
  химического состава и морфологии отмываемой поверхности;
  
• 
  природы и концентрации коллоидного ПАВ или смеси ПАВ;
  
• 
  присутствия вспомогательных компонентов;
  
• 
  температуры;
  
• 
  условий избирательного смачивания;
  
• 
  интенсивности и продолжительности прилагаемой механической работы;
  

Частицы загрязнений удерживаются на поверхности за счёт дисперсион­ных, диполь - дипольных взаимодействий, водородных, химических и кова-лентных связей. Ковалентная связь может быть разрушена только за|счёт хими­ческой реакции.

В механизме моющего действия различают несколько стадий. Вначале происходит смачивание подложки (поверхности) загрязнителя раствором ПАВ.

В результате образуется адсорбционный слой ПАВ на поверхности загрязните­ля. При этом загрязнитель переходит в активированное состояние. Адсорбци­онный слой ПАВ растекается по микротрещинам, ПАВ проникают по местам адгезионного контакта загрязнителя и поверхности, происходит вытягивание загрязнителя вместе с углеводородным радикалом ПАВ в дисперсионную сре­ду, измельчение частиц, гидрофилизация загрязнения, отделение от Субстрата и стабилизация в моющем растворе. В итоге загрязнение удерживается в объёме моющего раствора и предотвращается его повторное осаждение на отмываемой поверхности.

Все процессы мойки связаны с интенсивным механическим воздействием на субстрат. Концентрация моющего компонента составляет обычно 10-15 г/л. Лимитирующими процессами в моющем действии являются десорбция загряз­нений и их накопление в мицеллах.

Элементарные акты моющего действия подразделяют на два класса: обес­печивающие моющее действие и вспомогательные. К первому классу относят смачивание поверхности и вытеснение загрязнений, диспергирование, солюби-лизацию загрязнения, стабилизацию раствора, защиту субстрата от повторного загрязнения, химическое разложение загрязнений. Второй класс составляют це­нообразование, связывание солей жёсткости, гидротропия, высаливание ПАВ, ингибирование коррозии, регулирование рН среды.

Мытьё кожи и волос человека имеет ряд принципиальных особенностей в отношении характера загрязнений, условий их отмывания, критериев чистоты и, наконец, требований, предъявляемых к набору основных и вспомогательных компонентов моющего средства. Если при стирке удаление загрязнений должно быть как можно более полным, то при мытье это вредно. Выделения сальных желез, такие как триглицериды и жирные кислоты, являясь слабыми бактерио-статами, способствуют осуществлению естественной санитарно-гигиенической функции кожи как защитного органа человеческого организма.

Вопросы для самоконтроля:

1. Каковы принципы классификации ПАВ?

2. От каких факторов зависит процесс отмывания?

3.Лекция.Анионые ПАВ

План:

2. Соли алкилкарбоновых кислот (мыла)

мыла RCOONa, RCOOK;

алкилсульфаты и алкилфосфаты ROS0₃Me, R0PO3Me₂;

алкиларилсульфонаты (чаще всего алкилбензолсульфонаты RC₆H₄S0₃Me);

алкилсульфонаты и алкилфосфонаты RS0₃Me, RP0₃Me₂;

алкилсульфосукцинаты, алкилэтоксисульфаты и алкилэтоксифосфаты

Анионные ПАВ используют как смачиватели, детергенты, пенообразова­тели. Они являются главными мицеллообразующими ПАВ с наибольшим объё­мом производства и ассортиментом. Наиболее активно проявляют свои свойст­ва в щелочных средах, хотя могут использоваться и в кислых, например, при обработке металлов кислотами для снятия окисной плёнки.

Полярная группа может содержаться не только в конце углеводородной цепи. Кроме того, в молекуле могут быть и другие полярные группы, которые увеличивают дифильность молекулы. К таким группам относят карбамидную -CONH2, сульфамидную - OSO2NH2, простую эфирную - С-О-С- и сложноэфир-ную связь -СОО-.

Наибольшее распространение среди анионных ПАВ получили соедине­ния, включающие от 10 до 20 атомов углерода в алифатической цепи. Если в алифатической цепи в качестве заместителя содержится бензольное кольцо, то минимальное число атомов углерода снижается до 8-14.

Анионоактивные ПАВ составляют более 60 % всех производимых ПАВ для CMC. Наибольшее применение нашли натриевые, калиевые, этаноламино-вые и аммониевые со"ли алкилкарбоновых кислот. Кроме вышеперечисленных ПАВ широко применяются сульфаты глицеридов алифатических кислот, на­пример, касторового масла и сульфопроизводные моно- и диэтанола|мидов али­фатических кислот. Большой интерес представляют соли полуэфиров сульфоянтарной кисло­ты - сульфосукцинаты. Сульфосукцинаты служат активной основой туалетных мыл, синтетических кусковых и пастообразных моющих средств, шампуней и пенных препаратов для ванн.

Производство солей алкилкарбоновых кислот появилось в 8 веке (на Руси в 10 веке). Мыло - первый промышленный продукт, который стал применяться для стирки и мытья. Сырьем для его получения служили и служат! различные растительные масла в твердом (кокосовое, пальмовое, пальмоядровре) и жид­ком виде (арахисовое, касторовое, льняное, подсолнечное, рапсовое), животные жиры (бараний, говяжий, конский, свиной), продукты гидрирования раститель­ных масел - саломасы (подсолнечный, хлопковый, соевый), соапст^ки, синте­тические жирные и нафтеновые кислоты, кислоты таллового масла и кислоты канифоли. Вспомогательными веществами являются пигменты (оксид цинка и диоксид титана), красители, антиоксид анты, пластификаторы. Применяют ком­плексные добавки, в состав которых входит до 16 компонентов.

Омыляющими веществами, применяемыми при синтезах, служат карбо­нат и гидроксид натрия. Выделяемые из жиров алкилкарбоновые кислоты и их соли являются поверхностно-активными веществами, поскольку алифатическая цепь их содержит 12-20 атомов углерода. В состав кускового мыла входят 60-80 % смеси алкилкарбоксилатов натрия с водой и вспомогательными вещества­ми. Туалетное мыло содержит 80 % алкилкарбоксилатов, а хозяйственное - 60-70 % (в пересчете на жирные кислоты). Подробнее производство мыла будет рассмотрено в главе 2.

Первичные ал кил сульфаты и алкилэтоксисульфаты

Первым синтетическим моющим веществом, полученным без применения жирового сырья, была смесь сульфонафтеновых кислот - так называемый кон­такт Петрова (синтезирован профессором Г.С.Петровым в 1912 г.). Однако наи­большее распространение получили сульфоэфиры высших спиртов и их окси-этилированных производных.

Первичные алкилсульфаты и алкилэтоксисульфаты были и остаются пре­обладающим типом среди синтезируемых анионоактивных ПАВ. Их получают сульфатированием высших алифатических спиртов или их оксиэтил|ированных производных (этоксилатов). В качестве сульфатирующих агентов применяют:

концентрированную серную кислоту (80 - 100 % );

хлорсульфоновую кислоту HOS0₂Cl;

газообразный серный ангидрид (триоксид серы);

олеум;

хлористый сульфурил S0₂C1₂;

комплексы триоксида серы: пиридинсульфотриоксид, диоксансульфотриоксид, карбамидсульфотриоксид.

В пиридинсульфотриоксиде и в диоксансульфотриоксиде атом серы, имеющий дефицит электронной плотности, связан со свободной парой электро­нов атомов азота или кислорода. Карбамид сульфотриоксид получают при взаимодействии карбамида и олеума (в реакцию вступает триоксид, серы, со­держащийся в олеуме).

Кроме того, возможны реакции изомеризации и полимеризации алкенов, а также реакции осмоления, крекинга, вызываемые местными перегревами в про­цессе сульфатирования. Для определения оптимальных условий сульфатирова­ния необходимо знать механизм основной и побочных реакций. Во-первых, следует отметить, что реакции сульфатирования экзотермичны, поэтому во из­бежание осмоления (ухудшения цветности продукта) сульфатирующие агенты подают в раствор постепенно при хорошем перемешивании, иногда распыляют над реакционной массой, разбавляют или вводят (триоксид серы) в виде ком­плексов с диоксаном, пиридином или карбамидом.

1. Какие ПАВ относятся к анионным?

2. Какие вещества входят в состав мыла?

4.Лекция. Неионогенные ПАВ.

План:

2. Химические процессы с ПАВ

полиэтиленгликолевые эфиры АКК;

оксиалкилированные алкилфенолы;

плюроники;

глицериды, глюкозиды, сахариды и т.п.

Неионогенные ПАВ в качестве компонентов моющих средств не уступа­ют высококачественным мылам и с равным успехом применяются в мягких и жёстких водах, кислых и щелочных средах. Они обычно обладают низкой пено-образующей способностью и могут использоваться как пеногасители. Возмож­ность регулирования* их свойств путём варьирования числа оксиалкильных звеньев, наряду с низкой себестоимостью, предопределяет их широкое произ­водство и применение.

Дифильность таких ПАВ обусловлена наличием в их молекулах функ­циональных групп, которые проявляют лишь способность сольватироваться или гидратироваться, но не диссоциируют в водных растворах.

Неионогенные ПАВ в качестве компонентов моющих средств не уступа­ют высококачественным мылам и с равным успехом применяются в мягких и жёстких водах, кислых и щелочных средах. Они обычно обладают низкой пено-образующей способностью и могут использоваться как пеногасители. Возмож­ность регулирования* их свойств путём варьирования числа оксиалкильных звеньев, наряду с низкой себестоимостью, предопределяет их широкое произ­водство и применение.

Дифильность таких ПАВ обусловлена наличием в их молекулах функ­циональных групп, которые проявляют лишь способность сольватироваться или гидратироваться, но не диссоциируют в водных растворах.

Неионогенные ПАВ на основе оксида этилена имеют общую формулу:

где R - алкил, X - атом кислорода, азота, серы или фрагмент функциональной группы: карбоксильной -СОО-, амидной -CONH-, фенольной -СбН₄0- и др.

В зависимости от строения гидрофобной части молекулы, т.е. в зависимо­сти от того, какие исходные вещества послужили основой - протонодонорами для оксиэтилирования, неионогенные ПАВ делят на 11 групп. В общем виде брутто-формулы наиболее распространённых оксиэтилированных продуктов выглядят следующим образом:

Реакции последовательного присоединения (полиприсоединения) оксидов этилена и пропилена к протонодонорным соединениям в водных растворах от­носят к протекающим по механизму бимолекулярного нуклеофильного замеще­ния (S_N2) при атоме углерода цикла, замещаемой группой является атом кисло­рода цикла. Реакции катализируются основаниями или кислотами. Основные катализаторы - гидроксиды или алкоголяты щелочных металлов. В качестве кислотных катализаторов применяют кислоты Льюиса или минеральные кисло­ты. Однако большинство минеральных кислот присоединяется к d-оксидным соединениям, вследствие чего теряется их каталитическая активность. В реакции фенолов с оксидом этилена фенольная гидроксильная группа алкилфенола более реакционноспособна по сравнению с гидроксильной груп­пой алкилфеноксиэтанола (продукта первичного присоединения оксида этилена к фенолу), поэтому весь алкилфенол сначала превращается в алкилфеноксиэта-нол, и только после этого начинается рост полиоксиэтиленовой цепи:

Оксиэтилированные или оксипропилированные алкиламины получают по реакциям первичных, вторичных, третичных алкиламинов и их производных с оксидами этилена или пропилена. При присоединении оксида этилена к пер­вичным аминам замещаются оба атома водорода у атома азота. Реакция являет­ся последовательно-параллельной. В результате ее протекания первичный амин последовательно превращается во вторичный и третичный, а затем получается оксиэтилированный третичный амин.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие ПАВ относятся к неионогенным?

2. Какими химическими превращениями сопровождаются синтез ПАВ?
5.Лекция. Катионные ПАВ.

План:

2. Основы теории моющего действия

• 
  алифатические и ароматические первичные, вторичные, третичные амины и их соли;
  
• 
  четвертичные аммонийные соли (ЧАС), в том числе со­ли пиридиновых оснований;
  
• 
  оксиды третичных аминов
  

КПАВ используют в качестве ингибиторов коррозии, флотореагентов, бактерицидных, дезинфицирующих и фунгицидных средств. Их применение пока ограничено из-за высокой стоимости.

Исходным сырьем для синтеза КПАВ служат первичные, вторичные и третичные амины, имеющие значительную по величине гидрофобную часть молекулы. В промышленности наибольшее распространение полупил синтез четвертичных аммониевых солей (ЧАС) из алкилкарбоновых кислот - про­дуктов переработки растительных масел или из синтетических жирных кислот. ЧАС синтезируют в несколько стадий. На первой стадии за счет аммонолиза алкилкарбоновых кислот получают амид кислоты.

Первичные, вторичные и третичные алкиламины могут быть получены из галогеналкилов по реакции Гофмана. Метод заключается в действ иг на галоге-налкилы аммиака, в результате образуется смесь, состоящая из первичного, вторичного, третичного аминов и соли четырехзамещенного аммония. Избыт­ком аммиака разлагаются промежуточные соединения - соли с последователь­ным образованием первичного, вторичного и третичного аминов.

Алкилирование третичных аминов галогеналкилами - реакция Меншут-кина - протекает по механизму бимолекулярного нуклеофильного замещения и подчиняется закономерностям второго порядка

В процессе образования солей тетраалкиламмония (по природе анало­гичному присоединению галогеноводородов к аммиаку) неподеленная пара электронов азота атакует атом углерода с отщеплением иона галогенида. Атом галогена соединяется с образующимся комплексным катионом алкиламмония ионной связью.

В промышленных условиях синтез осуществляют в реакторе! из нержа­веющей стали, снабженном мешалкой и рубашкой, предназначенной для наг­рева или охлаждения .содержимого аппарата. В качестве среды для про­ведения реакции применяют изопропанол, процесс ведут при температуре 70-80 °С. Если в качестве алкилирующего агента применяют метилхлорид - газ, процесс ведут под давлением в автоклаве, при использовании бензирхлорида -жидкости - давление в аппарате атмосферное. В нашей стране алкилтримети-ламмонийхлорид и алкилтриметилбензиламмонийхлорид получают на основе СЖК фракций С ю - С 20

1. Какие ПАВ относятся к катионным?

2. Какие вещества входят в состав мыла?
6.Лекция. Амфолитные ПАВ.

План:

2. Алкиламинокарбоновые кислоты, амфолиты карбоксибетаинового ряда

Наибольшее распространение получили а) алкиламинокарбоновые кис­лоты, б) бетаины: алкилбетаины, сульфобетаины, фосфатбетаины, амидобе-таины, оксиэтилированные бетаины. Промышленное значение имеют произ­водные аминокислот, амфолиты карбоксибетаинового и имидазолинового ряда.

Благодаря наличию в молекулах амфолитных ПАВ кислотных и основных групп, их свойства равноценны свойствам смесей катионоактивных и неио­ногенных, анионоактивных и неионогенных ПАВ, Это сочетание поверхност­но-активных свойств молекул разных классов ПАВ в одной молекуле амфо-литного ПАВ позволяет повысить эффективность действия моющих средств. Например, моющая способность бетаинов и сульфобетаинов равноценна мо­ющей способности композиции оксиэтилированных алканолов с неорганичес­кими фосфатами.

Амфолитные ПАВ умягчают ткани, волосы, обладают антистатическим действием, эффективны при применении в жесткой и холодной воде. Амфо­литные ПАВ хорошо совмещаются с ПАВ всех видов, обладают хорошими пе-нообразующими свойствами, бактерицидной активностью и дерматологически­ми свойствами.

К природным амфолитам относят некоторые фосфолипиды,; например, лецитины - сложные эфиры глицеридов высших жирных кислот, ортофосфор-ной кислоты и холина.

По происхождению различают три группы полимерных ПАВ: природные, искусственные и синтетические. К первой группе относят белки и их гидроли-заты, крахмал, пектины; вторая и третья группы объединяют продукты перера­ботки природного сырья, силиконовые ПАВ, ПАВ на основе поливинилового спирта и т.п. Отличительной особенностью полимерных ПАВ является их вы­сокая молекулярная масса, а так как они не являются индивидуальными соеди­нениями, то они характеризуются средним значением молекулярной массы и молекулярно-массовым распределением. Кроме того, при адсорбции они, в от­личие от обычных ПАВ, не образуют «частокол Ленгмюра», а ложатся на по­верхность раздела фаз.

Синтетические полимеры получают из мономерного сырья посредством свободнорадикальной полимеризации, поликонденсации, полиприсоединения, полимераналогичных превращений. Одними из представителей синтетических полимеров, применяемыми при эмульсионной полимеризации, являются поли-винилацетат и поливиниловый спирт, получаемые из винилацетата и винилово­го спирта соответственно.

Также среди полимерных ПАВ получили распространение рассмотрен­ные выше блок-сополимеры оксидов этилена и пропилена, на основе которых могут быть синтезированы различные анионные полимерные ПАВ: сульфаты, сульфосукцинаты и т.п.

1. Какие ПАВ относятся к амфолитным?

2. Какие вещества относятся к алкиламинокарбоновым кислотам?
7.Лекция. Полимерные ПАВ.

План:

2. Синтетические полимеры в синтезе СМС

По происхождению различают три группы полимерных ПАВ: природные, искусственные и синтетические. К первой группе относят белки и их гидроли-заты, крахмал, пектины; вторая и третья группы объединяют продукты перера­ботки природного сырья, силиконовые ПАВ, ПАВ на основе поливинилового спирта и т.п. Отличительной особенностью полимерных ПАВ является их вы­сокая молекулярная масса, а так как они не являются индивидуальными соеди­нениями, то они характеризуются средним значением молекулярной массы и молекулярно-массовым распределением. Кроме того, при адсорбции они, в от­личие от обычных ПАВ, не образуют «частокол Ленгмюра», а ложатся на по­верхность раздела фаз.

Синтетические полимеры получают из мономерного сырья посредством свободнорадикальной полимеризации, поликонденсации, полиприсоединения, полимераналогичных превращений. Одними из представителей синтетических полимеров, применяемыми при эмульсионной полимеризации, являются поли-винилацетат и поливиниловый спирт, получаемые из винилацетата и винилово­го спирта соответственно.

Также среди полимерных ПАВ получили распространение рассмотрен­ные выше блок-сополимеры оксидов этилена и пропилена, на основе которых могут быть синтезированы различные анионные полимерные ПАВ: сульфаты, сульфосукцинаты и т.п.

Также среди полимерных ПАВ получили распространение рассмотрен­ные выше блок-сополимеры оксидов этилена и пропилена, на основе которых могут быть синтезированы различные анионные полимерные ПАВ: сульфаты, сульфосукцинаты и т.п.

В составах современных средств по уходу за волосами можно встретить поликватерниумы, представляющие по химической природе катионные поли­меры и получаемые на основе акриловой кислоты, амида акриловой' кислоты и аминоспирта

Достаточно большое распространение получил Polyquaternium - 10, син­тезируемый на основе гидроксиэтилцеллюлозы и оксида этилена, замещённого триметиламмонием.

Все поликватерниумы хорошо растворимы в воде и субстантивны к отри­цательно заряженным-поверхностям. Одним из важных их свойств является ис­правление повреждений протеиновых субстратов волос. Кроме этого, поликва­терниумы способствуют снижению раздражения кожи и, благодаря образова­нию полимерной плёнки, удерживают на поверхности активные компоненты шампуней, увлажняющих волосы и придающих им блеск.

Polyquaternium-10 улучшает расчёсываемость мокрых волос, внешний вид и восприятие на ощупь сухих волос.

Следует отметить, что в процессе стирки одним из нежелательных факто­ров является интенсивное пенообразование. Так как многие поверхностно-активные вещества по своей природе обладают ярко выраженными пенообра-зующими свойстами, в моющие средства приходится добавлять так называемые пенонормирующие агенты или пеногасители. Активная основа пеногасителя практически нерастворима в воде и поэтому подавляет вспенивание. Пеногаси-тель распространяется на поверхности межпузырьковой плёнки, являющейся жидкой фазой пены. Благодаря этому предотвращается образование прочного молекулярного слоя ПАВ, стабилизирующего пену. Межпузырьковая плёнка теряет свою эластичность и разрывается.

Существует несколько типов пеногасителей, наиболее эффективными из которых по своим показателям являются пеногасители на силиконовой основе. В настоящее время они уже практически вытеснили пеногасители других типов.

1. Какие ПАВ относятся к полимерным ПАВ?

2. Перечислите способы получения полимеров?

8.Лекция

Синтетические моющие средства, классификация.

Вопросы для самоконтроля:

План:

2. Развитие производства синтетических моющих средств

Синтетические моющие средства (CMC) - это высокоэффективные мою­щие препараты, содержащие в своей основе от 10 до 40% поверхностно-активных веществ, а также различные добавки, повышающие моющую способ­ность средства. Моющие средства являются продуктами повседневного исполь­зования человеком. В условиях рыночной экономики требования к ним посто­янно возрастают.

CMC классифицируют по назначению и консистенции. По назначению синтетические моющие средства подразделяют на восемь подгрупп, родгруппы различаются между собой процентным содержанием ПАВ и различных доба­вок, а также уровнем щелочности среды, которую они образуют.

Выделяют следующие подгруппы:

• 
  средства для повседневной уборки общественных помещений;
  
• 
  моющие средства для пищевой промышленности и промышленные чистящие средства;
  
• 
  моющие средства для текстиля;
  
• 
  моющие средства для посуды;
  
• 
  чистящие и моющие средства для транспорта;
  
• 
  чистящие средства для металла;
  
• 
  CMC для тканей;
  

Жидкие МС имеют ряд существенных достоинств по сравнению с порош­ками: не пылят, легко выполаскиваются, быстро и полностью растворяются в воде, мягко воздействуют на ткань. В связи с этим основные производители CMC практически одновременно приступили к освоению этой продукции. В апреле 2003 года жидкие моющие средства стало производить и ОАО "Хенкель-

Эра", практически в это же время ОАО "Нэфис Косметике" запустило новую линию по производству жидких моющих средств (ТМ BiMAX Gel)l Одним из первых на рынок гелей для стирки вышла компания "Procter&Gamble", запус­тившая их производство осенью 2002 года.

Типовые рецептуры синтетических моющих средств

В составе CMC используют различные виды ПАВ, чаще всего (50%) жир­ные масла, а также линейные алкилбензолсульфонаты (35%), этоксилаты жир­ных спиртов (14 %), разветвленные АБС (7 %), четвертичные аммонийные соли (7 %), этоксилаты алкилфенолов (7 %), сложные эфиры жирных кислот (7 %), сульфаты жирных спиртов (5 %), другие ПАВ (19 %). Создатели рецептур моющих средств стремятся к получению синергических (усиливающих дейст­вие) смесей ПАВ.

Моющие средства должны быть многофункциональны. Они должны обеспечивать не только чистоту, но и обладать отбеливающими, дезинфици­рующими свойствами, оказывать мягкое воздействие на кожу человека, прида­вать красоту, аромат, оказывать лечебное действие и т.д. При эт|ом они не должны нарушать экологических требований, важнейшим из которых является биоразлагаемость ПАВ, входящих в состав моющих средств.

Первым исторически известным моющим средством является мыло - это натриевые соли высших алкилкарбоновых кислот. Впервые оно былр получено в Риме, вблизи холма Capo, где совершались жертвоприношения. Q развитием теории органического синтеза, с получением новых классов веществ, сырье для синтеза ПАВ также становилось все более разнообразным. Совершенствовались технологии получаемых синтетических моющих средств, а сами моющие сред­ства находили все большее распространение.

На протяжении последних нескольких лет в России наблюдается стабиль­ный рост объемов производства синтетических моющих средств. Ежегодный прирост объемов производства CMC в России составляет 7,5-9% на протяжении последних пяти лет. Увеличение выработки обусловлено в первую очередь тем, что показатель потребления CMC на душу населения страны значительно ниже, чем мировой. В настоящий момент он не превышает 10 кг в год, в тф время как в европейских странах колеблется в пределах от 18 до 22 кг на человека.

На территории России синтетические моющие средства производят более чем пятьдесят компаний. В основном, это предприятия, располагающие мало­мощным производственным оборудованием, которое позволяет производить только простейшие CMC. Их продукция распространяется на региональных рынках. Однако в последние годы число таких предприятий сокращается. Это вызвано изменением потребительского спроса на синтетические моющие сред­ства в сторону более качественных.

Производство чистящих и моющих средств в России является одним из приоритетных направлений развития "Henkel" в Европе. В 2004 году была из­менена структура взаимодействия трех заводов, а именно централизованы сис­темы производства, логистики и сбыта; удвоены инвестиции в рекламу. Пред­приятиями компании выпускается широкий ассортимент моющих средств, ос­новными из которых являются стиральные порошки: "Persil", "Losk", "Дени", "Пемос". Из российских производителей CMC, чье производство основано без участия иностранного капитала, можно выделить ОАО "Нефис косметике", до-

2. Как развивается производство СМС в Казахстане?

План:

2. Функция комплексообразователей

Эффективность ПАВ, особенно мыл, снижается в минерализованной воде, которая содержит ионы кальция, магния, железа. Это снижение происходит в результате протекания обменной реакции следующего типа. Катионы солей, обусловливающих жесткость воды, при обменной реак­ции с мылами - натриевыми солями алкилкарбоновых кислот образуют хлопья нерастворимых в воде солей кальция, магния, железа. Эти соли не!проявляют моющего действия.

Для связывания ионов жесткости в рецептуры CMC вводят комплексооб-разующие вещества. Вещества неорганического или органического проис­хождения, которые образуют в водных растворах комплексы с ионами ще­лочноземельных и других металлов, снижают жесткость воды, улучшают мо­ющее действие CMC и предотвращают инкрустацию тканей, называют ком-плексообразователями или умягчителями воды.

Основными комплексообразователями неорганического происхождения, применяемыми в настоящее время в составе CMC, являются: пентанатрийфос­фат, полифосфат натрия, гексаметафосфат натрия или калия. Потребность стра­

ны в пентанатрийфосфате в 90-е годы составила около 500 тыс. тонн. В качест­ве умягчителей в составах CMC могут применяться также соли угольной кисло­ты (карбонаты), кремниевой кислоты (силикаты) и других кислот.

Сырьем для получения пентанатрийфосфата служат ортофосфорная ки­слота и карбонат натрия. Сначала проводится реакция нейтрализации (взаимо­действие кислоты и карбоната), в результате чего получают раствор неполных ортофосфатов натрия (Na₂HP0₄, NaH₂P0₄) с соотношением оксида натрия к пентаоксиду фосфора-5:3. Дегидратация кислых ортофосфатов приводит к об­разованию пиро- и метафосфатов, которые и превращаются в пентанатрийфос-фат натрия при температуре 290-310 °С по реакции:

Смягчением воды роль пентанатрийфосфата в составе CMC не ограничи­вается. Пентанатрийфосфат способствует удалению многовалентных катионов из загрязненного материала. Моющее действие пентанатрийфосфата; связывают также с синергизмом в действии его совместно с ПАВ. Пентанатрийфосфат нейтрален по отношению-к текстильным волокнам и другим материалам. Нали­чие полифосфата натрия в водном моющем растворе способствует созданию буферного раствора с рН=10 оптимального для проведения стирки. Кроме того, на пентанатрийфосфат можно наносить жидкие ПАВ, которые не поддаются сушке, и таким образом совершенствовать технологию приготовления CMC.

Комплексообразующая способность пентанатрийфосфата зависит от тем­пературы, рН, природы и концентрации катионов. Максимальная комп­лексообразующая способность пентанатрийфосфата наблюдается при его кон­центрации 0,01 М. Органические комплексообразователи

Фосфаты натрия в составе CMC проявляют множество полезных свойств. Однако практика показала, что их применение не очень желательно. Они за­грязняют водоемы, создают в них избыток питательных веществ, что приводит к чрезмерному росту водорослей и плохо отражается на обитателях |рек и озер. Эти экологические проблемы обусловили интенсивные поиски полноценных заменителей пентанатрийфосфата.

Органические комплексообразователи (в рецептурах косметико-гигиенических моющих средств - секвестранты) с ионами многовалентных ме­таллов образуют в водном растворе хелатные комплексы. Введение секвестран-тов в состав МС решает сразу несколько проблем: улучшает пенообразование и моющее действие в жесткой воде, стабилизирует компоненты МС против окис­ления и гидролитического расщепления.

1. Какие средства необходимы для повышения эффективности СМС?

2. Какую функцию выполняют комплексообразователи?

10.Лекция

Средства, придающие белизну СМС. Активаторы отбеливания.

План:

2. Функция комплексообразователей

1. Какие средства необходимы для повышения эффективности СМС?

2. Какую функцию выполняют комплексообразователи?
11.Лекция

Антиресорбенты.

План:

2. Функция комплексообразователей

1. Какие средства необходимы для повышения эффективности СМС?

2. Какую функцию выполняют комплексообразователи?
12.Лекция

Технология получения СМС.

План:

2. Производство жидких моющих средств

Жидкое сырьё может поступать на предприятия в желез но дорожных цис­тернах, в холодное время года - застывшим. В этом случае цистерну с сырьём устанавливают в помещении сливной станции, которая оборудована системой разогрева и выгрузки. При выгрузке с помощью крана через верхний люк в цис­терну опускают змеевиковую паровую грелку для местного разогрева сырья. Как только змеевик достигает дна цистерны, подачу пара прекращают, грелку извлекают и в люк опускают две трубы, соединённые гибкими шлангами с ва­куумным приёмником и линией возврата сырья из теплообменника. Вакуумный приёмник заполняют сырьём, которое откачивают центробежным j насосом и подают в теплообменник, обогреваемый паром. Циркуляцию цистерна - ваку­умный приёмник - насос - теплообменник - цистерна проводят после полного расплавления сырья, которое после разогрева и усреднения насосом закачивают в емкость для хранения. На производство жидкое сырьё подают насосами.

Технологический процесс приготовления шампуней основан на механи­ческом смешении компонентов в определенных соотношениях. Процесс приго­товления периодический. Сырье, поступившее на склад, перед использованием в производстве обязательно подвергается внешнему осмотру и лабораторному анализу на соответствие требованиям, предусмотренным данной технологией, после чего подается на разгрузку в реактор. Шампуни готовят путем механиче­ского смешения компонентов шампуня с водой в реакторе с мешалкой. Смеше­ние компонентов производится при температуре производственного помещения и атмосферном давлении. В реактор при включенной мешалке последовательно загружаются водно-спиртовой экстракт и поверхностно активные вещества, ко­торые затем перемешивают. Питьевая вода проходит очистку на водоочисти­тельном комплексе и подается в реактор при выключенной мешалке.| Предвари­тельно берутся пробы этой воды на соответствие требованиям, предъявленным к качеству воды для приготовления шампуней. Подача воды контролируется дозатором. Далее производится перемешивание компонентов шампуня с водой. Добавляются формалин и отдушка. Затем при выключенной мешалке с помо­щью насоса заливают предварительно приготовленный раствор хлористого на­трия и перемешивают. Готовый продукт с помощью насоса подается в проме­жуточную емкость на отстой. Продукт отстаивается, после чего отбирается проба и делается анализ на соответствие Производство кусковых моющих средств

К кусковым моющим средствам относят мыло, а также CMC в форме бру­сков. В состав последних входят синтетические поверхностно-активные веще­ства, а мыла, как известно, являются солями алкилкарбоновых (жирных) кислот натурального или синтетического происхождения.

Получение мыла

Сырьём для производства мыла служат различные жиры, масла и жиро-подобные вещества. К ним относят: технические и пищевые жиры, фломас, ко­косовое, пальмоядровое, пальмовое и таловое масла, соапстоки, алкйлкарбоно-вые и нефтяные кислоты и другие добавки. Вспомогательными материалами в производстве мыла являются оксиды цинка и титана, придающие мылу одно­родную белую окраску и устраняющие его прозрачность, а также | различные красители и ароматизаторы. Кроме того, для предотвращения окисления в его состав вводят антиоксиданты. Пластичность мылу придают пластификаторы. Типовая рецептура туалетного мыла следующая, мас.%: кокосовое масло - 3-17, техническое сало - 13-23, пищевое сало - 13-70, саломас - 0-52, СЖК фракции С10-С16 - 0-16. В туалетные мыла высшего качества саломас и СЖК нр вводят.

В основе получения жирового мыла лежит реакция омыления нейтраль­ных жиров. Она относится к реакциям нуклеофильного замещения у насыщен­ного атома углерода. Нуклеофильным реагентом является ион гидроксила. Он атакует в молекуле субстрата - сложного эфира - положительно заряженный центр (вернее центр с дефицитом электронной плотности) - карбонильный уг­лерод сложного эфира. Конечный продукт реакции - карбоксилат-анион - не проявляет свойств карбонильного соединения вследствие полной делокализа-ции отрицательного заряда между атомами кислорода. По этой причине щелоч­ной гидролиз сложных эфиров необратимый.

1. Какие средства необходимы производства СМС?

2. Какую функцию выполняют отбеливатели?
13.Лекция

Технология получения моющих паст и жидких моющих средств.

Жидкое сырьё может поступать на предприятия в желез но дорожных цис­тернах, в холодное время года - застывшим. В этом случае цистерну с сырьём устанавливают в помещении сливной станции, которая оборудована системой разогрева и выгрузки. При выгрузке с помощью крана через верхний люк в цис­терну опускают змеевиковую паровую грелку для местного разогрева сырья. Как только змеевик достигает дна цистерны, подачу пара прекращают, грелку извлекают и в люк опускают две трубы, соединённые гибкими шлангами с ва­куумным приёмником и линией возврата сырья из теплообменника. Вакуумный приёмник заполняют сырьём, которое откачивают центробежным j насосом и подают в теплообменник, обогреваемый паром. Циркуляцию цистерна - ваку­умный приёмник - насос - теплообменник - цистерна проводят после полного расплавления сырья, которое после разогрева и усреднения насосом закачивают в емкость для хранения. На производство жидкое сырьё подают насосами.

Технологический процесс приготовления шампуней основан на механи­ческом смешении компонентов в определенных соотношениях. Процесс приго­товления периодический. Сырье, поступившее на склад, перед использованием в производстве обязательно подвергается внешнему осмотру и лабораторному анализу на соответствие требованиям, предусмотренным данной технологией, после чего подается на разгрузку в реактор. Шампуни готовят путем механиче­ского смешения компонентов шампуня с водой в реакторе с мешалкой. Смеше­ние компонентов производится при температуре производственного помещения и атмосферном давлении. В реактор при включенной мешалке последовательно загружаются водно-спиртовой экстракт и поверхностно активные вещества, ко­торые затем перемешивают. Питьевая вода проходит очистку на водоочисти­тельном комплексе и подается в реактор при выключенной мешалке.| Предвари­тельно берутся пробы этой воды на соответствие требованиям, предъявленным к качеству воды для приготовления шампуней. Подача воды контролируется дозатором. Далее производится перемешивание компонентов шампуня с водой. Добавляются формалин и отдушка. Затем при выключенной мешалке с помо­щью насоса заливают предварительно приготовленный раствор хлористого на­трия и перемешивают. Готовый продукт с помощью насоса подается в проме­жуточную емкость на отстой. Продукт отстаивается, после чего отбирается проба и делается анализ на соответствие Производство кусковых моющих средств

К кусковым моющим средствам относят мыло, а также CMC в форме бру­сков. В состав последних входят синтетические поверхностно-активные веще­ства, а мыла, как известно, являются солями алкилкарбоновых (жирных) кислот натурального или синтетического происхождения.

Получение мыла

Сырьём для производства мыла служат различные жиры, масла и жиро-подобные вещества. К ним относят: технические и пищевые жиры, фломас, ко­косовое, пальмоядровое, пальмовое и таловое масла, соапстоки, алкйлкарбоно-вые и нефтяные кислоты и другие добавки. Вспомогательными материалами в производстве мыла являются оксиды цинка и титана, придающие мылу одно­родную белую окраску и устраняющие его прозрачность, а также | различные красители и ароматизаторы. Кроме того, для предотвращения окисления в его состав вводят антиоксиданты. Пластичность мылу придают пластификаторы. Типовая рецептура туалетного мыла следующая, мас.%: кокосовое масло - 3-17, техническое сало - 13-23, пищевое сало - 13-70, саломас - 0-52, СЖК фракции С10-С16 - 0-16. В туалетные мыла высшего качества саломас и СЖК нр вводят.

В основе получения жирового мыла лежит реакция омыления нейтраль­ных жиров. Она относится к реакциям нуклеофильного замещения у насыщен­ного атома углерода. Нуклеофильным реагентом является ион гидроксила. Он атакует в молекуле субстрата - сложного эфира - положительно заряженный центр (вернее центр с дефицитом электронной плотности) - карбонильный уг­лерод сложного эфира. Конечный продукт реакции - карбоксилат-анион - не проявляет свойств карбонильного соединения вследствие полной делокализа-ции отрицательного заряда между атомами кислорода. По этой причине щелоч­ной гидролиз сложных эфиров необратимый.

1. Какова технология получения жидкого моющего средства?

2. Какую функцию выполняют цеолиты?

14.Лекция

Производство кусковых моющих средств.

План

2. Получение мыла

Производство кусковых моющих средств

К кусковым моющим средствам относят мыло, а также CMC в форме бру­сков. В состав последних входят синтетические поверхностно-активные веще­ства, а мыла, как известно, являются солями алкилкарбоновых (жирных) кислот натурального или синтетического происхождения.

Получение мыла

Сырьём для производства мыла служат различные жиры, масла и жиро-подобные вещества. К ним относят: технические и пищевые жиры, фломас, ко­косовое, пальмоядровое, пальмовое и таловое масла, соапстоки, алкйлкарбоно-вые и нефтяные кислоты и другие добавки. Вспомогательными материалами в производстве мыла являются оксиды цинка и титана, придающие мылу одно­родную белую окраску и устраняющие его прозрачность, а также | различные красители и ароматизаторы. Кроме того, для предотвращения окисления в его состав вводят антиоксиданты. Пластичность мылу придают пластификаторы. Типовая рецептура туалетного мыла следующая, мас.%: кокосовое масло - 3-17, техническое сало - 13-23, пищевое сало - 13-70, саломас - 0-52, СЖК фракции С10-С16 - 0-16. В туалетные мыла высшего качества саломас и СЖК нр вводят.

В основе получения жирового мыла лежит реакция омыления нейтраль­ных жиров. Она относится к реакциям нуклеофильного замещения у насыщен­ного атома углерода. Нуклеофильным реагентом является ион гидроксила. Он атакует в молекуле субстрата - сложного эфира - положительно заряженный центр (вернее центр с дефицитом электронной плотности) - карбонильный уг­лерод сложного эфира. Конечный продукт реакции - карбоксилат-анион - не проявляет свойств карбонильного соединения вследствие полной делокализа-ции отрицательного заряда между атомами кислорода. По этой причине щелоч­ной гидролиз сложных эфиров необратимый.

Температуру процесса обычно поддерживают в интервале 60-100 °С. Вна­чале омыление протекает медленно, поскольку жиры не растворяются в щело­чи. При содержании в реакционной массе 20 % мыла скорость реакции значи­тельно возрастает. Это происходит вследствие гомогенизациии системы, кото­рая обусловлена образованием эмульсии. В концентрированных растворах ал-килкарбоксилаты существуют в виде пластинчатых мицелл. Жир, растворяясь в этих мицеллах, диспергируется до молекулярного состояния в результате чего быстрее вступает в реакцию с гидроксидом натрия. Поэтому для ускорения процесса в систему заранее вводят небольшое количество готового мыла. К моменту окончания процесса скорость реакции снова снижается вследствие уменьшения концентрации субстрата-жира.

При варке хозяйственного мыла жиры предварительно расщепляют обра­боткой их горячим водяным паром или карбонатом натрия. Вторая стадия за­ключается в нейтрализации гидроксидом натрия остатков жирных кислот и омылении жиров.

Кусковое твердое жировое мыло по существу представляет водный рас­твор солей алкилкарбоновых кислот с концентрацией от 40 до 70 %.| При таких концентрациях этот раствор является твердым. Цифры на кусках хозяйственно­го мыла обозначает процентное содержание жирных кислот в его составе.

Другой способ получения мыл - нейтрализация свободных кислот (выс­ших синтетических жирных, кислот таллового масла, кислот канифоли, нафте­новых кислот). СЖК получают деструктивным окислением парафинов. Алканы фракции С 41 - С 44 окисляют кислородом воздуха в присутствии солей марганца и калия. Процесс протекает по радикально-цепному механизму.

Получение мыла можно вести периодическим или непрерывным спосо­бом. При периодическом способе в мыловаренные котлы загружают органиче­ское сырьё, которое облагораживают многократным высаливанием, а затем от­беливанием гидропероксидом водорода. Осветлённое сырьё направляют в чис­тый котел, в котором проводят омыление и нейтрализацию кислот. Для нейтра­лизации используют 28 - 30% раствор кальцинированной соды. Колоты пода­ют со скоростью около 2 т/ч. Смесь перемешивают паром и воздухом в течение 1 ч. Карбонатное омыление считают законченным при содержании в реакцион­ной массе не более 0,5 мае. % карбоната натрия. Для доомыления нейтральных жиров при кипячении в котёл вводят 42% гидроксид натрия в таком количестве, чтобы его избыток не превышал 0,3 мае. %. После отстаивания, которое длится более 8 ч, получают мыло, содержащее более 60% активной основы. Готовую массу фильтруют и подают на вакуум-сушильную установку

Активную основу кусковых CMC составляют анионактивние ПАВ, со­держание которых колеблется от 10 до 90 мас.%, также в их рецептуры входят все рассмотренные ранее вспомогательные компоненты моющих средств. Кус­ковые CMC обладают достаточной прочностью, умеренно набухают и расхо­дуются при применении. Раздражающее действие некоторых компонентов сни­жают введением так называемых пережиривающих веществ, в качестве которых используют ланолин, лецитин, глицерин, растительные масла и некоЬорые ами­ды алкилкарбоновых кислот. Существует два основных метода производства кусковых CMC: метод формования композиции и метод прессования порошков. Получение кусковых CMC методом формования

Производство кусковых CMC формованием композиции включает сле­дующие стадии: смешение сыпучего и жидкого сырья, вальцевание компози­ции, формование полученной массы в брусок, резание бруска на куски, созре­вание, штамповку, фасовку и упаковку кусков.

1. Какие методы синтеза необходимы для производства кусковых СМС?

2. Какую функцию выполняют отбеливатели?
15.Лекция

Производство порошков.

План:

2. Техника безопасности и защита окружающей среды

Порошок температурой 70 °С из нижней части башни транспортёрами 28, 29 и ковшовым элеватором 30 через вибросито 31 подают в приёмный бункер. Из бункера дозатором 33 его подают в барабанный смеситель 34, в котором до­бавляют нетермостабильные компоненты.

Дозатором 36 вводят пероксидсодержащий отбеливатель и ферменты, из бункера 35 - ароматизаторы и неионогенные ПАВ в смеситель 34. Порошок из смесителя поступает в приёмный бункер 37, а затем ковшовым элеватором 38 и

Тяжёлые агломераты порошка, не увлекаемые потоком воздуха в аэро­лифт, падают вниз, где их собирают в бункер или в мешки и отправляют на по­вторную переработку. Порошок, отделённый от транспортирующего воздуха в сепараторе аэролифта, по трубопроводу через разгрузители 26 направляют на вибросито 27, где происходит отделение частиц порошка размером более 2,5 мм. Агломераты поступают на растворение, а порошок проходит че^ез аппарат для ввода ароматизатора 28 и транспортером 30 подаётся в промежуточные бункеры 31. Из этих бункеров шнековыми питателями порошок выгружают и системой транспортёров 32 подают к узлу введения нетермостабильных компо­нентов. Узел состоит из автоматических ленточных весов, ленточного транс­портёра, барабанного смесителя 33, бункеров 35, 36 для пербората натрия, фер­ментов, гидрокарбоната натрия и дозаторов этих продуктов.

Основным аппаратом узла введения нетермостабильных компонентов яв­ляется барабанный смеситель 33, представляющий собой наклонный вращаю­щийся цилиндр.

Внутри аппарата неподвижно закреплены форсунки, из кото­рых напыляют на порошок неионогенные ПАВ и при необходимости аромати­затор. После смесителя порошок направляют по трубопроводу на транспортёр 34, откуда сбрасывателями подают в сборник готового продукта.

Отработанный воздух после башни проходит циклоны 37, обогреваемые снаружи паровыми змеевиками, в которых осаждается основная масса (25%) уносимого из сушилки порошка. Осаждаемый порошок пневмотранспортом возвращают в башню. После очистки в циклонах пылегазовую смесь направля­ют на мокрую очистку в скруббер 39. Скруббер орошают суспензией готовой композиции или водным раствором силиката натрия и КМЦ, которые подают насосами 41 и 43 из емкостей 40. Отработанный воздух направляют в скруббер тангенциально противотоком жидкой фазе. Очищенная газовая смесь поступает в атмосферу через вентилятор 25.

Существуют и другие варианты аппаратурно-технологического оформле­ния линий по производству порошков такие, например, как технология с ис­пользованием кипящего слоя, но в рамках данного пособия на них'останавли­ваться не будем.

Все поверхностно-активные вещества, применяемые в производстве CMC, а также сами CMC относятся к малотоксичным веществам,,однако со­блюдение правил техники безопасности на предприятиях по проргзводству CMC необходимо и обязательно. Кроме того, согласно директиве 67/548 EEC с 1 ян­варя 2005 г. страны-участники ЕС должны организовать на своей территории производство ПАВ и CMC, для которых степень полного биораспада составляет не менее 70 %.

Большую часть CMC в нашей стране производят на основе анионактив-ных ПАВ, для производства которых используют ди- и триоксиды серы, серную кислоту, алкилбензолы, спирты и их оксиэтилированные производные, гидро-ксиды щелочных металлов.

Диоксид серы вызывает раздражение кожи, слизистых оболочек носа, глаз и верхних дыхательных путей. При содержании в воздухе более 6Q мг/м³ воз­можны острые отравления, сопровождающиеся отёком лёгких. Для защиты служат фильтрующие противогазы, пострадавшему дают пить слабый раствор соды.

Триоксид серы, соединяясь с парами воды, образует туман серной кисло­ты, которая быстро обезвоживает и разрушает кожу. Предельно допустимая концентрация триоксида серы и серной кислоты в воздухе рабочей зоны со­ставляет 1 мг/м³. При-отравлении необходимо полоскать горло раствором соды и под наблюдением врача вдыхать пары спирта, эфира, хлороформа. При попа­дании на кожу поражённое место обрабатывают 5 % раствором соды. Работать с ди-и триоксидами серы, а также серной кислотой можно только в перчатках, суконных куртке и брюках, резиновых сапогах.

Алкилбензолы, спирты, оксиэтилированые спирты относятся к малоток­сичным веществам, однако при попадании внутрь в больших количествах вы­зывают нарушения в работе печени. Слабым раздражающим и токсическим действием обладают водные растворы всех анионактивных и неионогенных ПАВ. В подпороговых концентрациях они не вызывают раздражений при попа­дании на кожу. Высококонцентрированные растворы при длительном контакте могут оказывать вредное воздействие.

Пыль CMC может вызывать поражение верхних дыхательных путей и за­болевания лёгких. Поэтому запылённые помещения оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией, а рабочие должны пользоваться респираторами.

ПАВ и CMC после использования попадают в окружающую среду (как правило, через сточные воды) и влияют на условия существования ж|ивых орга­низмов. Поэтому сточные воды подвергают биохимической очистке. Чаще все­го биохимическую очистку оценивают количеством биологически потребляе­мого кислорода за определённое время.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие средства необходимы для повышения эффективности в производстве порошков?

2. Технологическая схема производства порошков?

2. Лабораторные занятия

Теоретическое введение должно отражать сущность данной работы. В нем необходимо изложить классификацию и основы действия ПАВ, закономер­ности основного и побочных процессов, протекающих при заданном синтезе; применение того или иного класса ПАВ.

Раздел «Свойства исходного сырья и материалов» должен быть представ­лен в виде табл.7.

Таблица 7

Физико-химические свойства исходного сырья и материалов

название вещества	Химическая формула и молекуляр­ный вес	внешний вид	Температура, °С		Растворимость, г/100 мл				Примечания
			плавления	кипения	воды	этанола	эфира

Перед выполнением синтеза студент получает от преподавателя задание с указанием количества готового продукта и рассчитывает рецептуру на основа­нии примеров, приведённых перед каждой работой. Выполненные расчёты должны сопровождаться пояснениями и быть представленными в табл.8.

I Таблица 8

Рецептура для выполнения работы

3.1. АНИОННЫЕ ПАВ

Расчёт рецептуры проводим исходя из уравнения химический реакции сульфатирования спиртов. В качестве сульфатирующего агента для примера возьмём серную кислоту, исходный спирт - додецидовый. Количество спирта -50 г.

и очищен-N 8 - 8,5 и

Для получения триэтаноламиновой соли к нейтрализованным ным сульфоэфирам добавляют 50% раствор триэтаноламина до рН отгоняют (или упаривают) растворитель до половины объёма. В зависимости от степени отгонки получают продукты с содержанием основного вещества 40 -60%.

Получение моно- и диэфиров сульфоянтарной кислоты -

сульфосукцинатов

Пример расчёта рецептуры:

Синтез сульфосукцинатов проводят в две стадии: ацилирование спиртов или любых других гидроксилсодержащих соединений малеиновым ангидридом и сульфирование (сульфитирование - нейтрализация) полученных алкилмалеи-натов. Рассчитаем количество малеинового ангидрида, требуемое для ацилиро-вания 50 г октадецилового спирта:

Синтез моноэфиров глицерина и высших жирных кислот

Синтез аминоксидов

Пример рецептуры средства для мытья окон, масс.%:

Алкилсульфат натрия (30 %) 2,0

Н - бутиловый эфир этиленгликоля 3,0

Изопропиловый спирт 7,0

Гидроксид аммония (25 %) 0,2

Вода 87,8

Выполнение работы: готовят согласно рецептуре водный раствор алкил-сульфата натрия, добавляют н-бутиловый эфир этиленгликоля и изопропиловый спирт. Способ применения - распыление.

3.6. КАТИОННЫЕ ПАВ

Получение додецилтриметиламмониййодида

Выполнение работы: в круглодонную колбу, снабжённую мешалкой, ка­пельной воронкой и термометром, помещают высший спирт и хлорид цинка. При медленном нагреве в течение 1 ч прибавляют соляную кислоту,; после чего при энергичном перемешивании реакцию ведут при 130 °С в течение 4 часов. Додецилхлорид очищают экстракцией эфиром, затем смешивают со спиртовым раствором щелочи и прибавляют при перемешивании и нагреве диметиламин. Об окончании реакции образования третичного додециламина судят по пре­вращению всего радикального хлора в ионный.

Кватернизацию третичного додецилдиметиламина осуществляют дейст­вием спиртового раствора метилйодида, выдерживая реакционную массу на во­дяной бане в течение 1 - 1,5 ч. Выпавшую в осадок четвертичную соль доде-цилтриметиламмония перекристаллизовывают из смеси сухого этилацетата с этиловый спиртом (1:1).

5.1. ПАВ. Алкиларенсульфонаты [8.1.6 стр.35-39]

5.2. ПАВ. Алкилсуфонаты[8.1.6 стр.39-42]

5.3. ПАВ. Эфиры ортофосфорной кислоты [8.1.6 стр.43-44]

5.4. Цеолиты СМС[8.1.6 стр.71-72]

5.5. Ферменты СМС[8.1.6 стр.78-79]

5.6. Ароматизаторы СМС[8.1.6 стр.81-82]

5.7. Регуляторы рН среды[8.1.6 стр.79-81]

1. 
   Ланге, К. Р. Поверхностно-активные вещества / К. Р. Ланге; - М.: Хи­мия, 2004. - 252 с. ISBN 5-93913 - 068 - 2.
   
2. 
   Плетнёв, М. Ю. Косметико-гигиенические моющие средства / М. Ю. Плетнёв. - М.гХимия, 1990. - 272 с. ISBN 5-7245-0275-5.
   
3. 
   Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии.
   
4. 
   Бухштаб, 3. И. Технология синтетических моющих средств / 3. И. Бух-штаб, А. П.Мельник, В. М. Ковалев. - М.: Легпромбытиздат, 1988. -320 с. ISBN 5-7088-0365-7.
   
5. 
   Абрамзон, А. А. Поверхностно - активные вещества. Синтез, анализ, свойства, применение / А. А. Абрамзон, Л. П. Зайченко, О. И. Файн-гольд.-Л.: Химия, 1988. - 200 с. ISBN 5-7245-0001-9.
   

3.2. Дополнительная

7. Компания «Аква Сан»: что могут CMC - синтетические моющие сред­ства. - http://www.open.bv.

8. Вольнов, И. И. Пероксидные производные и аддукты карбонатов / И. И. Вольнов, В.Л. Антоновский. - М.: Наука, 1985. - 180 с. ISBN 5-7102-0964-5.

9. Вольнов, И. И. Пероксобораты. /И. И. Вольнов. - М.: Наука, ISBN 5-7102-0*835-5

10. 
    Moehle, H.L. Динамические межфазные свойства низкопенных ПАВ/ H.L. Moehle //Бытовая химия.- 2007. - №25. - С. 16.
    
11. 
    Новак, Я. Вторичные алкансульфонаты в товарах бытовой химии / Ян Новак // Бытовая химия. - 2006. - №24. - С.5
    
12. 
    Выглазов, О. Г. Новые подходы к рецептурированию отдушек для аг­рессивных основных и кислотных средств бытовой химии / О. Г. Выгла­зов // Бытовая химия. - 2006. - №24. -СП.
    

10. 
    Бударагин, А. Н. Современные тенденции рынка бытовой химии в Рос­сии. Решения «Dow Corning» / А. Н. Бударагин // Бытовая химия -2006.-С.8.
    
11. 
    Дивакова, Н. А. Эффективное использование энзимов, ч.2 / Н. А. Дива-кова // Бытовая химия. - 2006. - №23. - С. 30.
    
12. 
    Дивакова, Н. А. Эффективное использование энзимов, чЛ / Н. А. Дива­кова // Бытовая химия. - 2006. - №22. - С. 18.
    
13. 
    Бочаров, В. В. О биоразлагаемости этоксилатов высших жирных спир­тов различного происхождения / В. В. Бочаров // Бытовая химия. -2006. -№23. -С.22.
    
14. 
    Шарова, А. Силиконовые ПАВ SILWET / А. Шарова // Бытовая химия. -2006. -№22. - С. 17.
    

19. 
    Ефремов, А. И. Оксиэтилендифосфоновая кислота и её производные / А. И. Ефремов, С. Г. Тарасов, Т. А. Матковская // Бытовая химия, 2003. -№13. -С. 10.
    
20. 
    Касилович В. В. Жидкие моющие средства / В. В. Касилович //Бытовая и профессиональная химия. - 2005. - №2. - С. 31.