Pinta-aktiivinen aine

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 2. huhtikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Pinta -aktiivinen aine ( surfaktantti , tensidi ) on kemiallinen yhdiste, joka keskittyy termodynaamisten faasien rajapintaan aiheuttaa pintajännityksen laskun . Saippuoiden ohella synteettiset pinta-aktiiviset aineet ovat tärkein aktiivinen ainesosa pesuaineissa [1] .

Pinta -aktiiviset aineet (ko-surfaktantit) ovat kemiallisia yhdisteitä, joilla on pinta-aktiivisen aineen ominaisuus, mutta joiden tarkoituksena on ylläpitää, tehostaa, aktivoida ja muita pääpinta-aktiivisen aineen ominaisuuksia. Esimerkiksi heikosti liukenevien komponenttien liukoisuuden lisäämiseksi tai vaahtoamiskyvyn ylläpitämiseksi.

Pintaaktiivisuus

Pinta-aktiivisten aineiden tärkein kvantitatiivinen ominaisuus on pinta-aktiivisuus [K 1]  - aineen kyky alentaa pintajännitystä faasirajalla - tämä on pintajännityksen johdannainen suhteessa pinta-aktiivisen aineen pitoisuuteen, koska C pyrkii nollaan. Pinta-aktiivisella aineella on kuitenkin liukoisuusraja (ns. kriittinen misellipitoisuus eli CMC), jonka saavuttaessa pinta-aktiivista ainetta liuokseen lisäämällä sen pitoisuus faasirajalla pysyy vakiona, mutta samalla tapahtuu pinta- aktiivisten aineiden molekyylien itseorganisoitumista bulkkiliuoksessa (misellien muodostuminen tai aggregaatio). Tämän aggregaation seurauksena muodostuu niin sanottuja misellejä. Misellin muodostumisen erottuva piirre on pinta-aktiivisen aineen sameus. Pinta-aktiivisten aineiden vesiliuokset saavat myös sinertävän (hyytelömäisen) sävyn misellien aiheuttaman valon taittumisen ( opalesenssi ) vuoksi.

CMC:n määritysmenetelmät:

• pintajännitys menetelmä;
• menetelmä kosketuskulman (kosketuskulman) mittaamiseksi kiinteän tai nestemäisen pinnan kanssa ( kosketuskulma );
• spindrop- menetelmä ( spindrop, spindrop drop );

Pinta-aktiivisten aineiden rakenne

Pinta-aktiiviset aineet ovat pääsääntöisesti orgaanisia yhdisteitä, joilla on amfifiilinen rakenne , eli niiden molekyylit sisältävät polaarisen osan, hydrofiilisen komponentin (funktionaaliset ryhmät -OH, -COOH, -SOOOOH, -O- jne., tai useammin niiden suolat -ONa, -COONa, -SOOONa jne.) ja ei-polaarinen (hiilivety) osa, hydrofobinen komponentti. Pinta-aktiiviset aineet voivat toimia tavallisena saippuana (rasvakarboksyylihappojen natriumsuolojen seos - oleaatti , natriumstearaatti jne.) ja SMS (synteettiset pesuaineet), samoin kuin alkoholit , karboksyylihapot , amiinit jne.

Pinta-aktiivisten aineiden luokitus

• Ioniset pinta-aktiiviset aineet
  • Kationiset pinta-aktiiviset aineet
  • Anioniset pinta-aktiiviset aineet
  • Amfoteeriset pinta-aktiiviset aineet

• Ei-ioniset pinta-aktiiviset aineet
  • Alkyylipolyglukosidit
  • Alkyylipolyetoksylaatit

Pinta-aktiivisten aineiden tuotanto korkeammista rasva-alkoholeista

Tärkein raaka-aine synteettisten pesuaineiden nykyaikaisten pinta -aktiivisten aineiden valmistuksessa ovat korkeammat rasva-alkoholit , jotka reagenssista riippuen antavat ionittomia tai anionisia pinta -aktiivisia aineita , mitä havainnollistaa alla oleva kaavio [2] :[s. 5] .

Korkeampien rasva-alkoholien maailmanlaajuinen käyttö pinta-aktiivisten aineiden tuotannossa vuonna 2000 oli 1,68 miljoonaa tonnia [2] :[s. 6] . Vuonna 2003 valmistettiin noin 2,5 miljoonaa tonnia pinta-aktiivisia aineita, jotka perustuivat korkeampiin rasva-alkoholeihin [3] .

Korkeampien rasva-alkoholien käyttö pinta-aktiivisten aineiden valmistukseen

Pinta-aktiivisten aineiden luokka	Pinta-aktiivisen aineen tyyppi	Kemiallinen kaava	Reagenssi synteesiä varten	Synteesikaavio	Lähteet
Ei-ioniset pinta-aktiiviset aineet	etoksylaatit	R - O- ( CH2CH2O ) nH	etyleenioksidi	[K 2] ROH + n(CH 2 CH 2 )O → RO−(CH 2 CH 2 O) n H Reaktio etenee emäksen läsnäollessa lämpötiloissa 160 °C asti ja paineissa 0,55 MPa asti. Käytä yleensä C9 - C15 - alkoholeja yhdessä 6-7 moolin kanssa etyleenioksidia.	[4] :[s. 31, 35] [2] :[s. 137-139]
	propoksylaatit	R-O-(CH2CH ( CH3 ) O ) nH	propyleenioksidi
	butoksylaatit	R−O− ( CH2CH ( C2H5 ) O ) nH	butyleenioksidi
	Alkyyliglykosidit	R− (  O − C6H10O5 ) nH _ _	glukoosi	ROH + nC 6 C 12 O 6 → R−(O−C 6 H 10 O 5 ) n H+nH 2 O Reaktio etenee sulfonihappojen läsnä ollessa jopa 140 °C:n lämpötiloissa. Toinen vaihtoehto on butyylieetterien esivalmistus, jota seuraa transesteröinti. Glykosidiryhmien lukumäärä vaihtelee välillä 1-3.	[4] :[s. 38] [2] :[s. 149]
Anioniset pinta-aktiiviset aineet	Karboksietoksylaatit	R − O− ( CH2CH2O ) nCH2COOH _ _	kloorietikkahappo	RO(CH 2 CH 2 O) n H + ClCH 2 COOH → RO(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH + HCl Reaktio etenee alkalin läsnä ollessa, happo eristetään happamoittamalla vesiliuos ja erottamalla vesi-suolafaasi.	[4] :[s. 40] [2] :[s. 126-127]
	Fosfaatit ja polyfosfaatit	ROP(OH) 20 ; (RO) 2 P(OH)O	fosfori(V)oksidi	3ROH + P 2 O 5 → ROP(OH) 2 O + (RO) 2 P(OH)O Jauhemaisen fosforioksidin lisääminen vedettömiin alkoholeihin vedettömässä väliaineessa 50-70°C:ssa voimakkaasti sekoittaen [K 3] .	[4] :[s. 54] [2] :[s. 122-123]
	Sulfosukkinaatit	ROC(O)CH2CH ( S03Na ) COOH; ROC(O)CH2CH ( SO3Na ) COOR	maleiinihappoanhydridi , natriumsulfiitti	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 Alkoholien eetteröinti maleiinihappoanhydridillä (T 100 °C asti) ja lisäämällä edelleen natriumsulfiittieetteriin kuumentamalla.	[4] :[s. 52-53] [5]
	Alkyylisulfaatit	R−O−SO 3 H [K 4]	rikkihappo , rikki(VI)oksidi , kloorisulfonihappo	ROH + SO 3 → ROSO 3 H Alkoholien suora sulfonointi ja sen jälkeen liuoksen neutralointi alkalilla.	[4] :[s. 55-56] [5]
	Alkyylieetterisulfaatit	R- ( CH2CH20 ) nOSO3H _ _ _ _

Pinta-aktiivisten aineiden valmistuksessa käytetään myös joitain muita alkoholeja: glyserolia (rasvahappojen esterit - emulgaattorit ), sorbitolia ( sorbitaanit ), monoetanoliamiinia ja dietanoliamiinia ( alkanoliamidit ).

Pinta-aktiivisten aineiden vaikutus ympäristökomponentteihin

Pinta-aktiiviset aineet jaetaan niihin, jotka tuhoutuvat nopeasti ympäristössä, ja niihin, jotka eivät tuhoudu ja voivat kerääntyä organismeihin kohtuuttomina pitoisuuksina. Yksi pinta-aktiivisten aineiden tärkeimmistä negatiivisista vaikutuksista ympäristöön on pintajännityksen aleneminen . Esimerkiksi valtameressä pintajännityksen muutos johtaa hiilidioksidin ja hapen pidättymisen vähenemiseen vesistössä. Vain muutamia pinta-aktiivisia aineita pidetään turvallisina (alkyylipolyglukosidit), koska niiden hajoamistuotteet ovat hiilihydraatteja . Kuitenkin, kun pinta-aktiiviset aineet adsorboituvat maan/hiekkahiukkasten pinnalle, niiden hajoamisaste/nopeus laskee monta kertaa. Koska lähes kaikilla teollisuudessa ja kotitalouksissa käytetyillä pinta-aktiivisilla aineilla on positiivinen adsorptio maa-, hiekka- ja savehiukkasiin, ne voivat normaaleissa olosuhteissa vapauttaa (desorboida) näiden hiukkasten sisältämiä raskasmetalli - ioneja ja siten lisätä riskiä näiden aineiden joutumisesta ihmisiin. organismi.

Sovellukset

• Pesuaineet . Pinta-aktiivisten aineiden pääasiallinen käyttötarkoitus on pesu- ja puhdistusaineiden (mukaan lukien puhdistusaineet ), saippuan , tilojen, astioiden, vaatteiden, tavaroiden, autojen jne. hoitoon. Vuonna 2007 niitä valmistettiin yli miljoona tonnia Venäjällä synteettiset pesuaineet, pääasiassa pyykinpesuaineet. Tällä hetkellä yleisin pinta-aktiivinen aine synteettisissä pesuaineissa on alkyylibentsosulfonaatti. Anionisten pinta-aktiivisten aineiden ryhmään kuuluvat myös alkaanisulfonaatti (SAS), alkyylisulfaatti (FAS) ja haihtuva alkyylisulfaatti (FAES). FAS voi olla peräisin kasvilähteistä, kuten rypsiöljystä tai kookosöljystä . Kationisissa pinta -aktiivisissa aineissa hydrofiilistä ryhmää edustaa positiivisesti varautunut typpeä sisältävä ryhmä. Kloori-ioni tai metyylisulfaatti toimii negatiivisesti varautuneena vastapainona . Näitä pinta-aktiivisia aineita käytetään erityisen aktiivisesti synteettisissä pesuaineissa "hellävaraiseen" pesuun, koska niillä on voiteluaineen rooli. Ionittomat pinta-aktiiviset aineet eivät muodosta ioneja vesiliuoksissa, joten niillä on tärkeitä etuja: ne ovat täysin immuuneja veden kovuudelle, ovat erittäin tehokkaita pienilläkin pitoisuuksilla ja alhaisissa pesulämpötiloissa, eivät muodosta paljon vaahtoa ja estävät pyykkiä tummumasta . Saponiini, jota saadaan saippuajuuresta tai pesupähkinöistä (Waschnussen), kuuluu ionittomiin pinta-aktiivisiin aineisiin. Toinen esimerkki ionittomasta pinta-aktiivisesta aineesta on sokerialkyylipolyglukosidi (APG), joka on johdettu uusiutuvista raaka-aineista, kuten maissista, sokeriruo'osta ja kookospähkinästä. APG on biohajoava ja sopii erinomaisesti iholle. Juuri näitä pinta-aktiivisia aineita käytetään luonnollisissa pyykinpesuaineissa.
• Tiede. Pinta-aktiivisia aineita käytetään laajalti tutkimuksessa, esimerkiksi biologiassa solukalvojen tuhoamiseen solukomponenttien ( proteiinit , kromatiini , RNA ) eristämiseksi niiden suoraa analyysiä varten ( western blot , kvantitatiivinen PCR ) tai käyttöä muissa kokeissa ( immunosaostus ). proteiinikompleksit (Co-IP, kromatiini (ChIP) , RNA (RIP) jne.).
• Kosmetiikka. Pinta-aktiivisten aineiden pääasiallinen käyttö kosmetiikassa on shampoot, joissa pinta-aktiivisten aineiden pitoisuus voi olla kymmeniä prosentteja kokonaistilavuudesta. Pinta-aktiivisia aineita käytetään myös pieninä määrinä hammastahnoissa, emulsioissa, toniceissa ja muissa tuotteissa.
• Tekstiiliteollisuus. Pinta-aktiivisia aineita käytetään pääasiassa staattisen sähkön poistamiseen synteettisistä kangaskuiduista .
• nahkateollisuus. Nahkatuotteiden suojaaminen kevyiltä vaurioilta ja tarttumiselta.
• Maaliteollisuus. Pintajännityksen alentamiseksi käytetään pinta-aktiivisia aineita , mikä varmistaa, että maalimateriaali tunkeutuu helposti käsitellyn pinnan pieniin syvennyksiin ja täyttää ne syrjäyttäen sieltä toista ainetta (esim. vettä).
• Paperiteollisuus. Pinta-aktiivisia aineita käytetään musteen erottamiseen massasta paperin kierrätyksessä. Pinta-aktiivisten aineiden molekyylit, jotka adsorboituvat mustepigmentille , tekevät siitä hydrofobisen. Seuraavaksi ilma johdetaan pigmentin ja selluloosan liuoksen läpi. Pinta-aktiivisen aineen hydrofobiseen osaan adsorboituu ilmakuplat ja pigmenttihiukkaset kelluvat pintaan (katso vaahdotus ).
• Metallurgia. Pinta-aktiivisten aineiden emulsioita käytetään valssaamojen voiteluun ja kitkan vähentämiseen. Kestää korkeita lämpötiloja, joissa öljy palaa.
• Kasvinsuojelu. Pinta-aktiivisia aineita käytetään laajasti agronomiassa ja maataloudessa torjunta-aineemulsioiden muodostamiseen. Niitä käytetään myös tehostamaan ravinteiden kuljettamista kasveille niiden solujen kalvoseinien läpi (katso lehtien ruokinta ).
• Ruokateollisuus. Pinta-aktiiviset aineet emulgointiaineiden muodossa (esimerkiksi lesitiini ) lisätään parantamaan jäätelön, suklaan , kermavaahdon, kastikkeiden, keksien ja muiden ruokien laatua.
• Öljyn tuotanto. Pinta-aktiivisia aineita käytetään hydrofobisoimaan pohjareiän muodostumisvyöhyke (BFZ) öljyn talteenoton lisäämiseksi .
• Rakentaminen. pinta-aktiivinen aine , joita kutsutaan pehmittimiksi , lisätään sementti-hiekaseoksiin ja betoneihin niiden vedentarpeen vähentämiseksi samalla kun säilytetään liikkuvuus. Tämä lisää kovettuneen materiaalin lopullista lujuutta (laatua), sen tiheyttä, pakkaskestävyyttä ja vedenkestävyyttä.
• Lääke. Kationisia ja anionisia pinta-aktiivisia aineita käytetään kirurgiassa antiseptisinä aineina. Esimerkiksi kvaternääriset ammoniumemäkset ovat noin 300 kertaa tehokkaampia kuin fenoli mikro-organismeja vastaan. Pinta-aktiivisten aineiden antimikrobinen vaikutus liittyy niiden vaikutukseen solukalvojen läpäisevyyteen sekä mikro-organismien entsymaattisia järjestelmiä estävään vaikutukseen. Ionittomilla pinta-aktiivisilla aineilla ei käytännössä ole antimikrobista aktiivisuutta.
• Lämpövoimatekniikka. Pinta-aktiivisia aineita käytetään lämmönsyöttöjärjestelmien toiminnallisten pintojen sekä lämmönvaihtolaitteiden työpintojen käsittelyyn hydrofobisuuden lisäämiseksi ja kostutuksen kosketuskulman lisäämiseksi, mikä johtaa useisiin myönteisiin vaikutuksiin, kuten: korroosioprosessien nopeus; hydraulisen vastuksen vähentäminen; kerääntyneiden kerrostumien poistaminen laitteiden ja putkistojen pinnoilta ja uusien kerrostumien muodostumisen estäminen. [6]

Tuotantomäärä

Vuonna 2008 pinta-aktiivisten aineiden vuosituotanto oli 13 miljoonaa tonnia [7] . Vuonna 2012 pinta-aktiivisten aineiden markkinoiden koko oli 26,8 miljardia dollaria, vuoteen 2016 mennessä sen odotetaan kasvavan 31 miljardiin ja vuoteen 2020 mennessä jopa 36 miljardiin [8] .

Liittyvät pinta-aktiiviset aineet

Pinta-aktiivisia aineita ei käytetä ilman pääpinta-aktiivista ainetta. Niillä voi olla sellaisia ​​lisätoimintoja kuin liuottava vaikutus, staattista sähkövarausta vähentävä vaikutus (hiukset, kudokset), stabiloiva vaikutus geeliä muodostaviin komponentteihin, vaahtoamista edistävä tai päinvastoin vaahtoamista estävä vaikutus, vaahdon stabilointi jne. Esimerkki pinta-aktiivisesta aineesta. : kapryyliglukosidi.

Katso myös

• Saippua
• Pinta-aktiivinen aine
• Amfoteerinen pinta-aktiivinen aine
• Kalsium-saippua dispergointiaineet
• Neonol
• Sintanol
• Sulfonol
• Katapin
• Kokamidopropyylibetaiini

Muistiinpanot

1. ↑ Pesuainetoiminta // Suuri venäläinen tietosanakirja. Osa 21. - M. , 2012. - S. 360-361.
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 Pinta-aktiivisten aineiden kemia ja teknologia / Toimittanut Richard J. Farn. - Blackwell Publishing Ltd, 2006. - 315 s. — ISBN 978-14051-2696-0 .
3. ↑ Dierker M., Schäfer HJ Pinta-aktiiviset aineet öljy-, erukki- ja petroseliinihaposta: synteesi ja ominaisuudet  //  European Journal of Lipid Science and Technology. - 2010. - Vol. 112 , no. 1 . - s. 122 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Lange K. R. Pinta-aktiiviset aineet: synteesi, ominaisuudet, analyysi, käyttö = Surfactants. Käytännön käsikirja / Per. englannista. - Pietari. : "Ammatti", 2004. - 240 s. — ISBN 5-93913-068-2 .
5. ↑ 1 2 Pletnev M. Yu. Kosmeettiset ja hygieeniset pesuaineet // . - Kemia. - M. , 1990. - S. 17-20. — ISBN 5-7245-0275-5 .
6. ↑ [www.src-w.ru Tutkimuskeskus "Wear Resistance" NRU "MPEI"] . (määrätön)
7. ↑ Kosaric, Naim; Sukan, Fazilet Vardar. Biosurfaktantit: tuotanto ja käyttö – prosessit, teknologiat ja  talous . - CRC Press , 2014. - S. 153. - ISBN 9781466596702 .
8. ↑ Globaalit pinta-aktiivisten aineiden markkinat - Acmite Market Intelligence . Haettu 2. joulukuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 22. joulukuuta 2015. (määrätön)

Kommentit

1. ↑ Ei pidä sekoittaa Surface (radio) -toimintaan .
2. ↑ Kaavio on annettu eteenioksidille, joka on yleisin reagenssi alkoksylaattien synteesiin.
3. ↑ Fosforioksidin sijasta käytetään myös polyfosforihappoja ja lähtöaineina alkoholietoksylaatteja.
4. ↑ Yleensä ei käytetä itse sulfonihappoja, vaan ammonium- tai natriumsuoloja, esimerkiksi: natriumlauryylisulfaatti .

Kirjallisuus

• Pinta-aktiiviset aineet // Suuri venäläinen tietosanakirja. Osa 26. - M. , 2014. - S. 487.
• Abramzon A. A., Gaevoy G. M. (toim.) Surfactants. - L .: Kemia, 1979. - 376 s.
• Pletnev M. Yu (toim.) Pinta-aktiiviset aineet ja koostumukset. Hakemisto. - M .: Kustantaja "Kosmetiikka ja lääketiede", 2002. - 752 s.
• Parshikova TV Pinta-aktiiviset aineet leväkehityksen säätelytekijänä. - Kiova: Phytosociocenter, 2004. - 276 s. (ukrainaksi) ISBN 966-306-083-8 (virheellinen) .
• Parshikova, T.S. Pinta-aktiivisten aineiden osallistuminen mikroskooppisten levien kehityksen säätelyyn // Journal of Hydrobiology. - 2003. - T. 39, nro 1. - S. 64-70. — ISSN 0375-8990 .
• Ostroumov S. A. Biologiset vaikutukset pinta-aktiivisten aineiden vaikutuksen alaisena organismeihin. — M.: MAKS-Press, 2001. — 334 s. ISBN 5-317-00323-7 .
• Stavskaya S. S., Udod V. M., Taranova L. A., Krivets I. A. Veden mikrobiologinen puhdistus pinta-aktiivisista aineista. - Kiova: Nauk. Dumka, 1988. - 184 s. ISBN 5-12-000245-5 .
• Elintarvikkeiden emulgointiaineet ja niiden käyttö: [käännetty englannista. V. D. Shirokov] / Toim. J. Hasenhüttl, R. Gartel. - Pietari: Ammatti, 2008. - 288 s.
• Failure, L.K. Pinta-aktiivisten aineiden käyttö analyysissä  : [ arch. 27. tammikuuta 2018 ] : [koulutus. korvaus] / L. K. Neudachina, Yu. S. Petrova. - Jekaterinburg: Ural University Press, 2017. - 76 s. - UDC  543 (075.8) . — ISBN 978-5-7996-2021-9 .

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani iso kiinalainen Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	BNF : 11950036w J9U : 987007551148305171 LCCN : sh85130716 NDL : 00564605 NKC : ph126537 , ph124455