Учебно-методический комплекс дисциплины «Химическая технология поверхностно-активных веществ и синтетических моющих средств»


НазваниеУчебно-методический комплекс дисциплины «Химическая технология поверхностно-активных веществ и синтетических моющих средств»
страница1/4
Дата публикации16.12.2013
Размер0.61 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс
referatdb.ru > Химия > Учебно-методический комплекс
  1   2   3   4


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАКСТАН

СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени ШАКАРИМА

Документ СМК 3 уровня

ПОЛОЖЕНИЕ


УМКД 042-06.01.20. 202/01- 2011

Учебно-методические материалы ««Химическая технология поверхностно-активных веществ и синтетических моющих средств»


Редакция № 1





^ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
«Химическая технология поверхностно-активных веществ и синтетических моющих средств»
для специальности «050721 – Химическая технология органических веществ»
^ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ


Семей 2011
РАЗРАБОТАНО:
Составитель « » 2011 ж. Динжуманова Р. Т., кандидат химических наук, доцент‚ кафедра «Химия»

2 ОБСУЖДЕНО:

2.1 На заседании кафедры химии
Протокол № от « » 2011 г.
Заведующий кафедрой, доцент Яшкарова М.Г.

СОДЕРЖАНИЕ


  1. Лекции……………………………………………………………………..4

  2. Лабораторные занятия…………………………………………………...32

  3. СРС……………………………………………………………………….35

  4. Список литературы………………………………………………………37


1.Лекция. Введение. Сырьевая база для производства ПАВ.

План:

1. Классификация сырья

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 Ci2:o - 0.. .0,5
* Миристиновая кислота 1 •..6

Пальмитиновая кислота Стеариновая кислота Олеиновая кислота

^ А. Жирнйе спирты. Высшие жирные спирты в промышленности получа­ют несколькими способами.

Непищевые растительные масла

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%
не б^олее 20
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

• Цветность по йодометрической шкале Кроме рассмотренных типов природного сырья сюда еще можно отнести

углеводы (например, целлюлоза), гидролизаты белков и т.д.
Алканы являются одним из важных классов нефтехимического сырья для синтеза ПАВ.

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?

2.Лекция

Классификация ПАВ и основы их действия в составе СМС.

План:

1. Классификация ПАВ

2. Основы теории моющего действия
В 1917 г. американец И. Лэнгмюр обнаружил, что некоторые вещества очень активно накапливаются на различных пограничных поверхностях (на границах воздух - вода, вода - масло). Накопление происходит потому, что по­верхность любого тела обладает некомпенсированным запасом свободной энергии, возникающим потому, что молекулы твердого тела или жидкости при­тягиваются друг к другу с силой во много десятков раз большей чем молекулы воздуха. В результате на границе твердое тело - воздух оказывается слой моле­кул, силы притяжения которых не скомпенсированы. Это и есть причина из­бытка свободной энергии и поверхностного натяжения на границе твердое тело - воздух.

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

изменять её свойства и тем самым влиять на многие важные показатели дис­персных систем широко используется в самых различных областях техники и многочисленных технологических процессах. При этом влияние ПАВ может быть различным в зависимости от химической природы и строения граничащих фаз и молекул ПАВ, а также от условий их применения. Согласно Ребиндеру, можно выделить четыре группы ПАВ:

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.

Важной количественной характеристикой ПАВ является гидрофильно -липофильный баланс (ГЛБ) Гриффина - Дэвиса. Числа ГЛБ характеризуют со­отношение между гидрофильными и гидрофобными свойствами: чем выше число ГЛБ, тем больше баланс сдвинут в сторону полярных (гидрофильных) свойств ПАВ. Числа ГЛБ определяются экспериментально.

б) по химическому строению ПАВ делят на два больших класса. Это, с
одной стороны, органические ПАВ с дифильными молекулами, универсально
поверхностно-активные на большинстве межфазных границ, но обеспечиваю-
щие лишь небольшое (на 30 - 40 мДж/м2) понижение поверхностного натяже-
ния. С другой стороны это самые разнообразные, прежде всего неорганические
вещества, проявляющие избирательную, но часто очень высокую поверхност-
ную активность по отношению к данной конкретной границе раздела, способ-
ные вызвать весьма резкое понижение поверхностного натяжения (например,
фосфаты натрия в водных системах);

в) по типу сырья, применяемого для синтеза, ПАВ делят на природные
и синтетические;

г) по химической природе и знаку заряда, приобретаемому поверхностью
при адсорбции, ПАВ классифицируют на анионные, катионные, неионогенные,
амфотерные.

^ Основы теории моющего действия

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;

- стабильности образующейся дисперсии загрязнения. С физико-химической точки зрения механизм удаления загрязнения рассматри­вают, в основном, как адсорбционное вытеснение, сопровождающееся смачива­нием, эмульгированием и солюбилизацией. Смачивание - поверхностное явле­ние, возникающее при контакте фаз жидкость - твёрдое тело и проявляющееся в растекании жидкости по поверхности твёрдого тела. Солюбилизация (колло­идное растворение) - самопроизвольное проникание низкомолекулярного ве­щества внутрь мицелл ПАВ. Эмульгирование - измельчение частиц загрязне­ния с последующим переводом его в раствор.

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.
  1   2   3   4

Похожие рефераты:

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Физика твердого тела»...
Учебно-методический комплекс является основным руководством при изучении дисциплины, предназначен для использования на кафедре физики...
Программа дисциплины «Общая химическая технология» для преподавателя...
Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно- методического совета университета
По применению средства для мытья жидкого универсального у-4
Средство представляет собой ароматизированный водный раствор синтетических поверхностно-активных веществ, красителя, комплексообразователя...
Программа дисциплины «Электротехника» для преподавателя Редакция...
«5B073100» «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды», «5B072100» «Химическая технология органических веществ»
Учебно-методический комплекс дисциплины «Введение в специальность»
Химическая технология неорганических веществ: сфера, объекты, предметы, виды, функции, типовые задачи, направления, содержание профессиональной...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Введение в специальность»
Химическая технология органических веществ: сфера, объекты, предметы, виды, функции, типовые задачи, направления, содержание профессиональной...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Введение в специальность»
Химическая технология неорганических веществ: сфера, объекты, предметы, виды, функции, типовые задачи, направления, содержание профессиональной...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Введение в специальность»
Химическая технология органических веществ: сфера, объекты, предметы, виды, функции, типовые задачи, направления, содержание профессиональной...
По применению средства для мытья жидкого универсального у-5
Средство для мытья жидкое универсальное у-5 (далее средство) представляет собой ароматизированный водный раствор малопенных синтетических...
Методические рекомендации и указания к изучению дисциплины «Коллоидная химия»
В072000 «Химическая технология неорганических веществ», 5В072100 «Химическая технология органических веществ»

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза