2.1.3. Катионоактивные вещества

Наиболее распространенными среди них являются четвертичные аммонийные соединения общей формулы:

В качестве исходного сырья для их приготовления используют жирные кислоты. При обработке жирных кислот аммиаком выделяют аммонийные мыла, которые при нагревании превращаются в амиды, а затем в нитрилы.

При взаимодействии таких жирных аминов с хлористым метилом (CH₃Cl) выделяют водорастворимые четвертинные аммонийные соединения. Катионоактивные вещества, в качестве моющих средств, применяют ограничено, поскольку, в горячем состоянии, они подвергаются преобразованию в амиды, а затем в нитрилы. Кроме того, в горячих водных растворах, они могут, как и любые соли аммония, частично распадаться на исходные вещества, с десорбцией в атмосферу свободного аммиака, являющимя весьма токсичным веществом.

2.1.4. Неионогенные моющие вещества

Технологический процесс их получения связан с реакцией полиприсоединения окиси этилена к соединениям, имеющим подвижный атом водорода.

В качестве последних, наиболее часто используют различные жирные кислоты:

В реакции данного типа могут участвовать и жирные спирты:

Однако наиболее широкое применение нашли полиэтиленгликолевые эфиры алкилфенолов, которые выпускают под маркой ОП – с указанием цифрой количества присоединившихся молей окиси этилена (ОП–4; ОП–7; ОП–10 и т.д.). Их получают по схеме:

где: R – алкильный радикал; R₁– алкильный радикал или –Н ; n= от 4 до нескольких десятков.

Продукты марки ОП, в зависимости от молекулярной массы, представляют собой маслообразные вязкие жидкости или легкоплавкие пасты, слабокоричневого цвета, со слабощелочной реакцией (рН 1% по массе раствора =8). Их свойства в существенной мере зависят от количества молей окиси этилена, взятых в реакцию полиприсоединения. Например: ОП–10, в котором оксиэтиленовая цепочка длинная (большая концентрация простых эфирных связей и – ОН групп) хорошо растворяется в воде. В тоже время, ОП–4, где цепочка намного короче (и соответственно меньше концентрация простых эфирных связей и – ОН групп на молекулу) в воде не растворяетсяся.

Продукты марки ОП сохраняют свое моющее действие как в мягкой, так и в жесткой воде; в растворах кислот и щелочей и, поэтому, являются универсальным моющим средством. Они обладают хорошим смачивающим, пенообразующим и стабилизирующим действием и широко используются в текстильной промышленности для обработки как исходных волокон, так и готовых тканей, а также в других рецептурах моющих препаратов.

2.2. Электролиты

Используемые при выработке синтетических моющих средств, электролиты подразделяют на:

– щелочные, в основном это натриевые (реже калиевые) соли неорганических кислот – угольной, фосфорной, кремниевой. При растворении в воде и гидролизе, они в некоторой мере повышают рН среды. Например:

Степень гидролиза таких электролитов, обычно повышается при росте температуры раствора и при снижении его концентрации. В меньшей степени, из перечисленного ряда, гидролизуется триполифосфат натрия, (рН 1% по массе раствора которого имеет величину 9,7);

– нейтральные электролиты (соли сильных кислот и оснований), которые в водных растворах не гидролизуются и не меняют рН воды (Na₂SO₄, NaCl).

Способность электролитов гидролизоваться в водных растворах имеет большое значение при выборе компонентов и составлении рецептур для моющих средств.

Например: при составлении рецептур синтетических порошков для стирки ткани из шерстяных, шелковых и некоторых синтетических волокон, которые в своей структуре имеют группы или связи, чувствительные к щелочам (неустойчивые в средах), обычно используют нейтральные электролиты, иногда с небольшой добавкой триполифосфата – или гексаметофосфата натрия.

Нейтральные электролиты применяют в тех случаях, когда в составе стиральных порошков используют активные сами по себе моющие средства (алкилсульфаты высших жирных спиртов) или, когда эти моющие средства используют, при стирке не очень загрязненных шерстяных, шелковых и других цветных тканей с обеспечением рН моющего раствора на уровне не выше 7–8.

При стирке хлопчатобумажных, льняных и других тканей, практически малочувствительных к щелочам, в рецептуру порошков вводят щелочные электролиты, повышая при этом эффект стирки.

Вследствии своей высокой эффективности, как электролиты, наиболее широко используются полифосфаты – конденсированные соли фосфорной кислоты, которые одновременно обладают:

– синергетическими свойствами по отношению к моющим веществам;

– комплексообразующими свойствами.

Их синергетизм проявляется в том, что в процессе стирки такие электролиты способствуют усилению поверхностно-активных свойств моющих веществ и одновременно повышают степень диспергируемости и пептизирования жидкообразных загрязнений до величин намного более высоких, чем для каждого отдельного компонента соответственно. Количество, добавляемых в рецептуру состава, полифосфатов зависит от типа используемого ПАВ; от вида подлежащей стирке ткани. Например: при стирке хлопчатобумажных тканей, наибольший моющий эффект наблюдают, при избытке в рецептуре полифосфата натрия в 1–1,5 раза, по сравнению в массой сульфонола.

В тоже время, при стирке шерстяных тканей такой избыток не должен превышать 10–20%мас., а при использовании неионогенных моющих веществ, количество полифосфата натрия уменьшают в 2–2,5 раза в сравнении с количеством моющего порошка на основе анионоактивного вещества.

Способность полифосфатов натрия к комплексообразованию обусловлено потерею ионами Са и Mg (обуславливающих жесткость воды) обычной своей реакционной способности в реакции в агентами, приводящими к осаждению таких ионов. В присутствии фосфатов образуются водорастворимые комплексы типа Na₃[Ca(P₃O₁₀)], и отсутствует образование нерастворимых кальциевых солей, которые бы сорбировались на ткани. Образующиеся в начале стирки зародыши СаСО₃, за счет адсорбции на их поверхности фосфатов, превращаются в полуколлоидные частицы; рост кристаллов и их осаждение прекращаются, а за счет пептизирующего и диспергирующего действия, такие частицы выводятся из очищаемой подложки; прекращается их рост в размерах.

В отношении ионов магния, комплексообразующая способность несколько ниже; с ионами тяжелых металлов еще хуже.

Наиболее широко используют триполифосфат натрия (Na₅P₃O₁₀), поскольку его комплексообразующая способность в 2–2,5 раза выше, чем у пирофосфата натрия.

Тетрапирофосфат натрия (Na₄P₂O₇) хотя и повышает моющее действие стиральных порошков, но одновременно способствует увеличению показателя «зольность стираемых тканей», поэтому мало используют.

Гексаметафосфат натрия (NaPO₃)₆ в умеренно теплой воде дает рН от 6,8 до 7 (т.е. нейтральную среду, что особенно важно для шерстяных тканей, которые в щелочной или сильнокислой среде теряют свою прочность). Это позволяет вводить его в рецептуры стиральных порошков, чувствительных к рН среде. С солями кальция или магния он образует водорастворимые комплексные соединения типа Na₂[Na₂Ca(PO₃)₆]. Однако, недостатком при его применении является легкая гидролизуемость с образованием смеси из ортофосфата (NaH₂PO₄), пирофосфата и триполифосфата натрия.

Тринатрий фосфат (Na₃PO₄) в водных растворах гидролизуется с рН=11–12,5 (т.е. с образованием сильнощелочной среды и его используют только для стирки грубых тканей, не реагирующих на щелочную среду).

Углекислая сода (Na₂CO₃), также как тринатрийфосфат, в водных растворах сильно гидролизуется с достижением рН=10–11,5 и его используют в составе порошков для стирки тканей на хлопчатобумажной и льняной основе.

Бикарбонат натрия (NaHCO₃) характеризуется меньшей гидролизуемостью в водных растворах, давая рН на более низком уровне и используют его в составе порошков при стирке шелковых, синтетических и искусственных тканей.

Силикат натрия (его водные растворы называют «жидким стеклом»).

Силикат натрия при стирке выполняет несколько функций :

– связывает соли железа, предохраняя ткани от пожелтения;

– стабилизирует перекисные соли, задерживая их разложение и преждевременную потерю активности.

Растворы метасиликата натрия (с отношением Na₂O к SiO₂ в пределах 0,97–0,98) характеризуются прекрасными очищающими свойствами и их вводят в моющие средства для мытья и чистки сильнозагрязненных тканей, оборудования, танкеров, резервуаров и др.

Силикат магния, будучи в составе моющего средства, защищает от коррозии оборудование, в котором осуществляют стирку, и является обязательным компонентом таких средств.

В качестве нейтрального электролита широко используют (Na₂SO₄), доступный продукт (получаемый при нейтрализации отходов серной кислоты кальцинированной содой) и его, в виде белого мелкокристаллического порошка, не содержащего посторонних включений, вводят в некоторые рецептуры моющих средств.