VI. Коллоидные пав
6.1. Введение
К коллоидным ПАВ относятся вещества, состоящие из асимметричных молекул с одной или несколькими гидрофильными группами и гидрофобным радикалом. В отличие от низкомолекулярных спиртов и жирных спиртов, которые истинно растворимы при низкой концентрации, а при высокой образуют макро фазу, коллоидные ПАВ способны к обратимым переходам от истинного раствора к золю и гелю при изменении концентрации, температуры, рН, добавлении электролита. Помимо способности снижать поверхностное натяжение в разбавленных растворах, коллоидные ПАВ обладают двумя существенными способностями :способностью к образованию мицелл и к солюбилизации нерастворимых в воде веществ, т.е. к включению в ядро мицеллы нерастворимых частиц
6.2. Производство и применение пав
Мировое производство ПАВ достигло 6,5 млн. т/год. По объему производства среди всех продуктов органического синтеза ПАВ занимают 3-е место, уступая лишь пластмассам и волокнам. Ежегодный прирост объема производства ПАВ в настоящее время составляет 10%. Ассортимент Пав составляет свыше 500 наименований. В России выпускают около 15 видов ПАВ. Они используются примерно в 100 отраслях производства. В высокоразвитых странах в структуре потребления ПАВ преобладает промышленное применение (50-60%). В 1989 году в СССР синтетические моющие средства составляли 75%. К главным потребителям ПАВ относятся горнодобывающая промышленность (флотация), металлообрабатывающая промышленность и транспорт (смазки и СОЖ), текстильная промышленность, строительство, полимерные материалы, пищевая, медицинская промышленность, пожаротушение, нефтедобыча и нефтехимия.
6.3. Биоразлагаемость и токсичность
Основными характеристиками, определяющими объем производства ПАВ, кроме их свойств являются стоимость, наличие сырья и экологическая безвредность, характеризуемая биоразлагаемостью, т.е. временем снижения концентрации ПАВ во времени (скоростью разложения). ПАВ изменяют условия существования различных организмов в водоемах, влияя на кислородный обмен.
Наибольшей скоростью биоразложения обладают ПАВ с линейной углеводородной цепью, причем лучше разлагаются ПАВ с коротким радикалом, ПАВ с ароматическими и разветвленными радикалами, особенно с четвертичными радикалами углерода плохо разлагаются биоорганизмами. Таким образом, по скорости биоразложения анионные ПАВ располагаются в ряд в зависимости от строения углеводородного радикала: лин.коротк. > лин.длин. > ароматич. > разветвлен. > четвертчич.
Если бы ПАВ биологически не разлагались, то в Рейне в области Рур концентрация анионных ПАВ была бы 2,8 мг/л, а неионных ПАВ - 1,7 мг/л. Фактически определяется 0,028 ÷ 0,048 мг/л, т.е. на два порядка меньше. Перед попаданием в реку ПАВ биологически разлагается на станциях очистки.
Биоразлагаемость некоторых анионных ПАВ показана на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Биоразлагаемость анионных ПАВ. 1-тетрапропиленбензолсульфонат натрия, 2-линейный алкилбензолсульфонат, 3-алкилсульфат
Как видно концентрация ПАВ с третичным атомом углерода, тетрапропиленбензолсульфоната, за 10 суток уменьшается на 20% с тенденцией к уменьшению скорости разложения. Концентрация же ПАВ с линейным радикалом, алкилсульфата, через двое суток падает практически до нуля.
Биологическую активность и токсичность ПАВ определяет их способность адсорбироваться на поверхности и нарушать функции биомембран, которые представляют собой слои ПАВ. На биологическую активность влияет как полярная группа, так и углеводородный радикал.Будучи гидрофобным, последний адсорбируется на гидрофобных участках биомембран. Полярная группа вступает в электростатическое взаимодействие с поверхностью мембраны, которая заряжена отрицательно.Поэтому наиболее интенсивно взаимодействуют с биомембранами катионные ПАВ. Это взаимодействие приводит к изменению конформации белков, растворению липидов и в итоге, к разрушению мембран(лизису).
В зависимости от свойств полярной группы по токсичности ПАВ располагаются в ряд: КПАВ > АПАВ > НПАВ > АмПАВ.