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

Вопросы для самоконтроля: 1. Какие ПАВ относятся к амфолитным? 2. Какие вещества относятся к алкиламинокарбоновым кислотам? ^ 7.Лекция. Полимерные ПАВ. План: 1. Структура полимерных ПАВ 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. Вопросы для самоконтроля: 1. Какие ПАВ относятся к полимерным ПАВ? 2. Перечислите способы получения полимеров? 8.Лекция Синтетические моющие средства, классификация. Вопросы для самоконтроля: План: 1. Классификация СМС 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; - косметико-гигиенические МС. По консистенции CMC классифицируют на порошковые, жидкие и пасто­образные. В настоящий момент основная доля синтетических моющих средств, выпускаемых в России, приходится на порошковые моющие средства. Однако в последние годы наметилась тенденция увеличения доли жидких и гелеобразных моющих средств. Данная тенденция полностью соответствует мировой. В на­стоящий момент на долю жидких и гелеобразных синтетических моющих средств приходится в США около 70% от общих объемов продаж, в Западной Европе от 30 до 50%, в то время как в России на этот сегмент рынка приходится менее 4%. 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. В настоящий момент в российском производстве можно выделить двена­дцать крупных предприятий, специализирующихся на выпуске CMC, продук­ция которых присутствует на большинстве региональных рынков. В табл. 1 приведены объемы производства CMC в России в 2005-2007 годах. Наиболее значительные объемы производства синтетических моющих средств приходятся на предприятия, основанные при участии иностранного ка­питала. В настоящий момент в РФ разместили производство синтетических моющих средств две иностранные компании. Это "Procter&Gamble" и "Henkel". Ведущим производителем CMC в России является ОАО "АК Новомосков-скбытхим",. принадлежащее компании "Procter&Gamble". На предприятии вы­пускаются стиральные порошки "Ariel", "Tide" и "Миф", отбеливатель "Асе", чистящий порошок "Comet", жидкость для мытья посуды "Fairy" и кондиционер для белья "Lenor". Концерну "Henkel" принадлежат три российские завода по производству синтетических моющих средств - ОАО "Хенкель-Пемос" (Пермь), ОАО "Хенкель-Эра" (Тосно, Ленинградская область), ООО "Хенкель-Юг" (Энгельс, Саратовская область). Концерн "Henkel" стал первой иностран­ной компанией, которая создала совместное предприятие с российским произ­водителем бытовой химии. В 1990 году было официально зарегистрировано СП "Совхенк" фирмы "Henkel KgaA" и энгельского объединения "Химволокно", которое в 1998 году было переименовано в ООО "Хенкель - Юг". В 1993 году "Henkel KgaA" приобрела пакет акций предприятия "Эра" и впоследствии пере­регистрировала его в ОАО "Хенкель-ЭРА". В 2000 году "Henkel" приобрел кон­трольный пакет акций, предприятия "Пемос". 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- ля продукции которого в 2004 году составила 8% от общероссийского произ- водства. Продукция предприятия выпускается под торговыми марками "Bimax" и "Sorti". Оборот компании в 2004 году превысил 3,4 миллиарда рублей. Круп- ными российскими компаниями являются также: ЗАО "Аист", оАо "Сода", ОАО "Косметическая фирма "Весна" (Санкт-Петербург), ОАО "Концерн Кали- на", ОАО "Байкальская косметика", ООО "Московский завод СМС|\ Доля ос- тальных предприятий, специализирующихся на производстве CMC в России, не превышает 2%. i 1. Что положено в основу синтеза СМС? 2. Как развивается производство СМС в Казахстане? 9.Лекция Компоненты СМС. Комплексообразователи. План: 1. Эффективность ПАВ 2. Функция комплексообразователей Комплексообразователи 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. Вопросы для самоконтроля: 1. Какие средства необходимы для повышения эффективности СМС? 2. Какую функцию выполняют комплексообразователи? 10.Лекция Средства, придающие белизну СМС. Активаторы отбеливания. План: 1. Эффективность ПАВ 2. Функция комплексообразователей Вопросы для самоконтроля: 1. Какие средства необходимы для повышения эффективности СМС? 2. Какую функцию выполняют комплексообразователи? 11.Лекция Антиресорбенты. План: 1. Эффективность ПАВ 2. Функция комплексообразователей Вопросы для самоконтроля: 1. Какие средства необходимы для повышения эффективности СМС? 2. Какую функцию выполняют комплексообразователи? 12.Лекция Технология получения СМС. План: 1. Приём и хранение сырья 2. Производство жидких моющих средств Сыпучее сырьё, поставляют на заводы CMC в основном железнодорож­ным транспортом в резинокордных контейнерах, цистернах-содовоз^х, мешках, бочках и насыпью в крытых вагонах. Для обеспечения стабильной работы предприятий CMC при них предусматривается устройство складских помеще­ний. Крупнотоннажное сырьё, такое как соду, сульфат натрия, пентанатрий-фосфат, загружают в железобетонные силосы объёмом 175 - 500 м . Сыпучее сырьё, поступающее в мешках и бочках, хранят в закрытых складских помеще­ниях, площади которых определяют, исходя из кажущейся плотности, которая составляет (кг/м ): перборат натрия - 600, НКМЦ - 300, ароматизаторы - 1000, оптические отбеливатели - 800, трилон Б - 700, силикат-глыба - 700, порошок CMC - 400. Для выгрузки и транспортировки сырья из контейнеров применяют следующее оборудование: кран-балку, приёмный бункер с устройством для просева комков, пневмотранспорт, скребковые транспортёры, ковшовые элева­торы. 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. 2.5.2. Технология получения моющих паст и жидких моющих средств Получение моющих паст включает подготовку сыпучего и жидкого сы­рья, дозирование его в реактор в определённой последовательности, растворе­ние компонентов, гомогенизацию и расфасовку. Производство обычно ведут периодическим способом. В качестве примера рассмотрим процесс получения моющей пасты «Талка». 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. Вопросы для самоконтроля: 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. 2.5.2. Технология получения моющих паст и жидких моющих средств Получение моющих паст включает подготовку сыпучего и жидкого сы­рья, дозирование его в реактор в определённой последовательности, растворе­ние компонентов, гомогенизацию и расфасовку. Производство обычно ведут периодическим способом. В качестве примера рассмотрим процесс получения моющей пасты «Талка». 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. Вопросы для самоконтроля: 1. Какова технология получения жидкого моющего средства? 2. Какую функцию выполняют цеолиты? 14.Лекция Производство кусковых моющих средств. План 1. Производство кусковых моющих средств 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. Вопросы для самоконтроля: 1. Какие методы синтеза необходимы для производства кусковых СМС? 2. Какую функцию выполняют отбеливатели? 15.Лекция Производство порошков. План: 1. Технологическая схема производства порошков 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 № Тема занятия Количество часов 1. Получение моно- и диэфиров сульфоянтарной кислоты - сульфосукцинатов 1 2. Ситез натриевых и триэтаноламиновых солей алкилмалеинатов. 1 3. Синтез алкилсульфатов 1 4. Синтез аминоксидов 1 5. Синтез пербората натрия 1 6. Синтез перкарбоната натрия 1 7. Синтез пероксида мочевины 1 8. Обзорное занятие 1 9. Получение жидких моющих средств 1 10. Определение класса ПАВ 1 11. Определение пенообразующей способности ПАВ 1 12. Определение числа омыления и кислотного числа 1 13. Колориметрическое определение катионного ПАВ с применением индикатора 1 14. Определение неионогенного ПАВ весовым методом 1 15. Итоговое занятие 1 ВСЕГО: 15

Похожие рефераты: