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»
страница2/4
Дата публикации16.12.2013
Размер0.61 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс
referatdb.ru > Химия > Учебно-методический комплекс
1   2   3   4

Вопросы для самоконтроля:

1. Каковы принципы классификации ПАВ?

2. От каких факторов зависит процесс отмывания?

^ 3.Лекция.Анионые ПАВ

План:

1. Определение и строение анионных ПАВ

2. Соли алкилкарбоновых кислот (мыла)

Анионные ПАВ (АПАВ) - это дифильные органические соединения, ко­торые, диссоциируя в воде, образуют анион с длинным углеводородным ради­калом - носителем поверхностной активности; катион при этом не является по­верхностно-активным. К числу основных АПАВ относятся:

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.
Соли алкилкарбоновых кислот (мыла)

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;

сульфаминовую кислоту S02(NH2)2;

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.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие ПАВ относятся к анионным?

2. Какие вещества входят в состав мыла?

^ 4.Лекция. Неионогенные ПАВ.

План:

1. Определение и строение

2. Химические процессы с ПАВ
Неионогенные ПАВ - растворимые как в кислой, так и в щелочной среде соединения, не диссоциирующие в воде. К ним относятся:

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:

R^X-CH2CH2o)h

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 (SN2) 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:

1. Классификация и определение катионных ПАВ

2. Основы теории моющего действия
Катионные ПАВ (КЛАВ) - это дифильные органические соединения, ко­торые, диссоциируя в воде, образуют развитый поверхностно-активный катион; анион при этом не является поверхностно-активным. К ним относятся:

  • алифатические и ароматические первичные, вторичные, третичные амины и их соли;

  • четвертичные аммонийные соли (ЧАС), в том числе со­ли пиридиновых оснований;

  • оксиды третичных аминов

ЧАС и соли пиридиновых оснований растворимы как в кислой, так и в щелочной средах.

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

^ Четвертичные аммонийные соли

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

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие ПАВ относятся к катионным?

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

План:

1. Структура амфолитных ПАВ

2. Алкиламинокарбоновые кислоты, амфолиты карбоксибетаинового ряда
Амфотерные ПАВ - соединения, содержащие в составе молекул оба типа групп: кислотную (чаще всего карбоксильную) и основную (обычно амино­группу разных степеней замещения). В зависимости от рН среды могут прояв­лять свойства катионных (рН < 4), неионогенных (4 - 9), анионных (рН> 9) ПАВ.

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.

Алкиламинокарбоновые кислоты

Амфолиты карбоксибетаинового ряда
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