книги из ГПНТБ / Лунина М.А. Синтетические моющие средства пособие для учащихся
.pdfРис. 8. Защитный адсорбционный слой на поверхности частицы загрязнения.
ся в мицеллы, а из мицелл образуется прочная струк тура (рис. 8), защищающая частицу (или каплю) от слипания с другими такими же частицами.
Хорошо известна пышная обильная пена \ кото рая легко образуется на поверхности водного раство ра моющего вещества. На поверхности чистой воды при взбалтывании пена не образуется. Однако доста точно добавить в воду небольшое количество синте тического моющего вещества и взболтать раствор, как на его поверхности появляется обильная и устой чивая пена. Чем это вызвано?1
1 П е н а — большое количество воздуха (или какого-ни будь газа), раздробленного множеством пузырьков в срав нительно небольшом объеме жидкости.
40
Рис. 9. Строение пены на поверхности водного раствора син тетического моющего вещества.
Поверхностно-активные молекулы моющего ве щества накапливаются на поверхности отдельных пу зырьков пены и образуют прочные слои ориентиро ванных мицелл. Оболочка из мицелл моющего веще ства на поверхности пузырька пены похожа на тон чайшую пленку. Посмотрите внимательно на пену, взбитую в растворе моющего вещества! Точно сотни воздушных шаров разной величины сидят на поверх ности. Вы даже видите, как переливается свет в обо лочке этих многочисленных шариков. Пузырьки пе ны устойчивы за счет мицеллярной пленки. На ри сунке 9 показано, как образуется устойчивая пена на поверхности водного раствора моющего вещества: жидкость в пене находится в виде прослоек, запол ненных пластинчатыми мицеллами моющего веще ства.
Способность к ценообразованию — одно из харак терных свойств моющих веществ, но она неодинако-
3 Ы. А, Лунина |
41 |
ва у различных синтетических препаратов. В отличие от жирового мыла ценообразование в растворах синтетических моющих веществ мало зависит от температуры. Опыт показывает, что наилучшая температура для ценообразования у них составляет 35—40° С, но моющие вещества образуют устойчи вую пену даже при температуре ниже комнатной
(14-16° С).
Современные представления о механизме моюще го действия были развиты советским ученым, акаде миком П. А. Ребиндером и его сотрудниками. Ими установлено, что существует некоторая концентрация моющего вещества, при которой действие его наибо лее эффективно. Для синтетических моющих веществ средняя практическая концентрация, применяемая для мытья, обычно составляет 5—10 г/л.
Рассмотрим теперь механизм стирки загрязнен ной ткани. Например, надо выстирать рабочую курт ку, на которой немало масляных пятен с прилипши ми к ним частицами угля, земли и т. д. Погружаем одежду в раствор моющего синтетического средства. На рисунке 10, а показано, как поверхностно-актив ные молекулы синтетического моющего вещества устремляются к поверхности ткани, помещенной в раствор, адсорбируются на ней и на частицах грязи. Из рисунке 10, б и 10, в видно, что процесс адсорб ции поверхностно-активного вещества идет постепен но; когда, наконец, молекулам моющего вещества удается захватить все свободные точки и проникнуть в зазор между тканью и загрязнением, частица грязи оказывается полностью покрытой адсорбированными и прочно связанными с ней молекулами. Такая час тица отдаляется от поверхности ткани, силы притя жения между ней и тканью ослабевают, она отрыва
42
ется и уходит в раствор (рис, 10, г). Стирка вручную, пере мешивание и кипячение помо гают отщеплению грязи от по верхности ткани. Пена играет важную роль в процессе стир ки. Грязевые частицы, отор вавшиеся от своих мест, обра зуют в растворе суспензию. Частицы грязевой суспензии,
прикрытые пленкой моющего вещества, имеют все-
таки свободные участки, которыми |
они пристают |
к пузырькам пены и вместе с ней |
удаляются из |
раствора. |
|
Обычно рекомендуют после предварительного от стирывания очень грязной одежды в растворе моюще го средства повторно погрузить ее во вновь приготов ленный раствор; при этом отстирывают те загрязне ния, на которые не хватило моющего вещества при
а |
в |
Рис. 10. Механизм моющего действия:
а — прилипшая к ткани частица грязи; б и в — адсорбция молекул моющего вещества на частице; г — частица грязи, перешедшая в мо ющий раствор.
3* |
43 |
первой стирке. Можно наблюдать такое явление: в обильную пену раствора моющего вещества погружа ют сильно загрязненную ткань, проходит 5—10 мин, и пена совершенно исчезает, раствор становится темным от грязи и больше не вспенивается. Это ста новится понятным, если вспомнить, что было сказа но о механизме стирки: при большой загрязненности все моющее вещество адсорбируется на ткани и час тицах грязи, а для образования пены его уже не хва тает.
Содержание в воде солей кальция или магния де лает воду жесткой, она невкусна, в ней плохо разва риваются овощи. Стирка в жесткой воде требует зна чительно больше жирового мыла (приблизительно в 3 раза), чем при пользовании умягченной водой, и при этом белье все-таки отстирывается плохо. Такой большой расход мыла объясняется тем, что оно всту пает в химическую реакцию с солями кальция и маг ния, содержащимися в жесткой воде, образуя каль циевое или магниевое мыло, не растворимое в воде
ине обладающее моющим действием. После стирки
вжесткой воде ткань, на которой остался нераство
римый осадок кальциевого или магниевого мыла, де лается более хрупкой, быстрее изнашивается. Не промытая ткань имеет тусклый цвет. При мытье жесткой водой волосы не промы ваются, они оказываются склеен ными частицами кальциевого или магниевого мыла. Сущест вует ряд способов умягчения во ды, которые в значительной сте пени снижают ее жесткость и делают пригодной для употреб ления в промышленности, на
транспорте, в котельных уста новках и т. д. Одно из преиму ществ синтетических моющих веществ перед жировым мылом в том, что их можно применять для мытья и в жесткой воде: вступая в реакцию с солями кальция и магния, они не обра зуют нерастворимых осадков.
В текстильных производствах мытье тканей с по мощью синтетических средств нередко проводят пос ле пребывания ткани в красящем кислом или ще-
6 о О О О О
о о о о о
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 6 |
6 |
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 6 |
0 |
|
|
|
|
|
|
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 6 6 6 1 |
Рис. 11. Механизм солюбилизации бензола в водном растворе
моющего вещества:
о — пространства между мицеллами заполнены водой; б — простран ства между мицеллами заполнены углеводородом.
лочном растворе. Однако это не ухудшает качест ва отмывки.
Говоря о физико-химических свойствах раство ров синтетических моющих веществ, следует особо отметить их растворяющую способность. Известно, что водные растворы мыла и моющих препаратов могут растворить значительные количества органиче ских соединений, обычно не растворимых в воде. Жидкие углеводороды — бензин, толуол, бензол — в воде практически нерастворимы. Если же вода со держит некоторое количество моющего вещества, то углеводород растворится и раствор будет вполне прозрачным. Это явление называют солюбилизацией и объясняют так: в водном растворе моющего сред ства (рис. И) пространства между мицеллами за полнены водой. Молекулы углеводорода (бензола, то луола) устремляются в междумицеллярные простран ства, где сконцентрированы неполярные углеводород ные радикалы, по свойствам близкие к свойствам самого углеводорода. Добавленный углеводород как бы поглощается мицеллами и включается в их сос тав. Размеры их при этом увеличиваются. Это под тверждается данными рентгеновского анализа.
Солюбилизация углеводородов имеет большое практическое значение как основа процесса эмуль сионной полимеризации. Этот процесс заключается в том, что сначала углеводород (например, стирол) солюбилизируют в воде в присутствии синтетичес кого моющего вещества, затем полученный прозрач ный раствор подвергают температурной обработке при перемешивании в течение нескольких часов. При этом идет процесс полимеризации углеводорода, про никшего в мицеллы моющего вещества. Образуются мельчайшие твердые частицы полимера (полисти
рола), прикрытые оболочкой из мицелл синтетичес кого моющего вещества. Такие тончайшие дисперсии высокополимера в воде называются латексами. Ла тексы широко используют в производстве промыш ленных товаров (искусственная кожа, ткани для не промокаемых плащей и т. д.),
Г Л А В А III
ВАЖНЕЙШИЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ МОЮЩИЕ СРЕДСТВА
Синтетические моющие вещества — это исходные продукты для получения синтетических моющих
средств.
Красиво оформленные коробки с надписями «Дон», «Новость», «Лотос», «Астра», «Эра» и др., поступающие в продажу, содержат не химически чис тые моющие вещества, а сложные составы — компо зиции. Часто в композиции входит несколько синте тических моющих веществ с различными свойствами. Удачное сочетание свойств этих веществ позволяет получать моющее средство с хорошими качествами. Исследования моющей способности различных синте тических препаратов привели к заключению, что можно составить композицию из нескольких моющих веществ и мыла, при чем содержание мыла в смеси составляло
40—60%. В состав композиции, помимо синтетического мою щего вещества, вхо-
дят еще несколько компонентов, различных по своему химическому составу и назначению, — так называе мые активные добавки. Они улучшают моющую спо собность выбранного синтетического средства, без них не может быть синтетических моющих средств.
Активные добавки могут быть неорганические и органические.
Неорганические добавки — это в основном элек тролиты — различные соли минеральных кислот (в присутствии их моющие свойства синтетического средства значительно улучшаются). Из неорганиче ских добавок применяют сульфат натрия кар бонат натрия ЫагСОз, бикарбонат натрия ЫайС03, смесь карбоната и бикарбоната натрия, сесквикарбонат натрия — двойную соль ЫагСОз • ЫаНСОз • 2ЙгО, а также соли кремниевой кислоты — силикаты, об щей формулы пЫагО • тЭЮг. Введение силикатов в состав моющего средства резко повышает щелоч ность среды. Кроме того, присутствие силикатов спо собствует лучшему вспениванию раствора.
Сода, бикарбонат натрия и силикаты при раство рении в воде подвергаются гидролизу. Сущность это го процесса в том, что ионы, на которые распадается молекула ЫагСОз — ион Ыа+ и ион С035_, сразу же начинают взаимодействовать с водой. В результате в растворе образуется едкая щелочь №ОЙ, которая делает среду более щелочной (слабая кислота разла гается Н гСО з^ Н2О+ СО2). Силикаты натрия в во де также гидролизуются.
Щелочная среда моющего раствора очень хорошо действует на процесс отмывания и стирки. В нем во локна ткани набухают, и частицы грязи легче отры ваются от них. Ио действие электролитов сказывает ся не только в подщелачивании моющего раствора.
Присутствие электролитов заметно повышает способ ность различных моющих растворов удерживать за грязнения во взвешенном состоянии. В процессе стирки образуется суспензия из частиц загрязнений. Эти частицы легко могут вновь прилипнуть к уже отстиранной ткани, и она будет иметь сероватый от тенок. Карбонаты и силикаты натрия делают обра зовавшуюся суспензию грязи более устойчивой. Они диссоциируют в растворе на ионы. Ионы адсорбиру ются на поверхности грязевых частиц, гидрофилизируют их, благодаря чему частицы грязи удерживают ся во взвешенном состоянии и не прилипают вновь к ткани. Кроме того, гидрофилизированные частицы грязи, поверхности которых покрыты адсорбционны ми слоями ионов, не слипаются друг с другом в бо лее крупные агрегаты, а это также очень благоприят но для отмывания, так как мелкие частицы дольше удерживаются в растворе и медленнее оседают.
Важнейшие активные добавки — сложные конден сированные фосфаты: соли полифосфорных кислот (пирофосфаты, триполифосфаты, метафосфаты). Полифосфорные кислоты — полимерные соединения. Мо лекулы их имеют цепочное строение такого вида:
О |
О О |
|
О |
0 |
0 |
1! |
II |
II |
II |
II |
II |
НО—Р—О— Р —О—Р —О—Р—О . . . Р —О—Р —о н
I |
I |
I |
! |
о н |
I |
I |
- о н |
|
о н |
о н |
о н |
о н |
Число атомов фосфора (Р) в цепочке может быть от 1 до 1 000 ООО, и это определяет степень конден сации (полимеризации) полифосфата. Полифосфаты были известны более 100 лет назад, но только за по следнюю четверть века их огромное практическое