Анализ пенообразующих свойств промышленных поверхностно-активных веществ и их бинарных смесей для синтетических моющих средств

УДК 661.185: 665.58

Л. А. Дерзаева, А. И. Курмаева, В. П. Барабанов, Р. Р. Гайнутдинова, Ю. А. Шигабиева

АНАЛИЗ ПЕНООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ ПРОМЫШЛЕННЫХ

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ БИНАРНЫХ СМЕСЕЙ

ДЛЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ

Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, синтетические моющие средства, пенообразующая

активность, бинарные системы.

Исследована пенообразующая способность промышленных неионогенных и анионных поверхностно-активных веществ и их бинарных систем. Показано, что для получения продуктов для ручной стирки или мытья посуды перспективны неионогенные ПАВ, а для стиральных порошков серии «автомат» анионные ПАВ. Получена оптимальная бинарная система АБС Na : Неонол АФ 9-12, которая может быть рекомендована при производстве порошкообразных синтетических моющих средств.

Keywords: surfactants, synthetic detergents, foaming activity, binary system.

The foaming capacity of nonionic and anionic industrial surfactants and their binary systems has been investigated. Nonionic surfactants were shown to be perspective for hand washing or dishwashing products and anionic surfactants - for powdered detergents for automat washing production. The optimal dual system - ABS Na : Neonol AF 9-12 for powdered detergents was obtained and recommended for production.

Введение

Синтетические моющие средства (СМС) - это высокоэффективные многофункциональные

моющие препараты, содержащие в своем составе от 10 до 40 % поверхностно-активных веществ, а также различные добавки, повышающие моющую способность средства [1]. Присутствие ПАВ в данных продуктах обеспечивает моющее действие, снижает поверхностное натяжение на межфазной границе жидкость - газ, способствует улучшению смачиваемости ткани, повышению эмульгирующей и пенообразующей способности СМС [2]. Важными параметрами, на которые опираются при оценке эффективности данных средств, являются количественные характеристики пенообразования -максимальный объем пены, ее устойчивость и т.д. [3]. В литературе приводятся сведения о пенообразующих свойствах индивидуальных амфифильных веществ, в то время, как данные об исследовании процессов пенообразования промышленных ПАВ и, в особенности, их бинарных смесей отсутствуют. Ранее нами были изучены поверхностно-активные свойства некоторых бинарных систем [4].

Цель данной работы заключается в исследовании пенообразующих свойств бинарных смесей ПАВ, наиболее эффективных для получения синтетических моющих средств.

Экспериментальная часть

Объектами исследований являлись

промышленные поверхностно-активные вещества, наиболее часто применяемые при производстве синтетических моющих средств: анионные (АПАВ) - сульфоэтоксилат натрия СЭК Na, алкилбензолсульфонат натрия АБС-Na,

альфаолефинсульфонат натрия AOS Na - все

производства ОАО «Нэфис Косметикс»; неионогенные (НПАВ) - оксиэтилированный алкилфенол - неонол со степенью оксиэтилирования n=10 и n=12 (производства ОАО «Нижнекамскнефтехим»), оксиэтилированный

высший жирный спирт - Синтанол со степенью оксиэтилирования n=7 и n=10 (производства ОАО «Казаньоргсинтез»), а также импортный аналог Neodol 457, представленный оксиэтилированными жирными спиртами фракций Ci4-Ci5 со степенью оксиэтилирования n=7 (производитства Shell Chemicals). Представленные амфифильные соединения наиболее часто используют при производстве моющих средств.

Пенообразующая способность индивидуальных ПАВ, а также их бинарных смесей определялась по методу Росс-Майлса при t=37±2 0С [5].

Концентрация водных растворов ПАВ составляла 0,1 % масс. Соотношение АПАВ:НПАВ, которое использовалось при приготовлении бинарных систем данных амфифильных соединений, составляло в % масс. 80:20.

Обсуждение результатов

Для анализа двойных мицеллярных смесей ПАВ необходимо оценить пенообразующие свойства индивидуальных амфифильных компонентов в зависимости от их природы (табл. 1).

Как видно из приведенной таблицы, как неионогенные, так и анионные ПАВ образуют пену, обладающую высокой устойчивостью (значения У близки к 1).

На рис. 1 представлены зависимости пенообразующей способности для индивидуальных промышленных НПАВ.

Таблица 1 - Пенообразующая способность индивидуальных ПАВ

Наимено- Высота столба пены Устой-

вание ПАВ / Н, мм чивость

бинарной Через Через пены У

смеси ПАВ 30 сек. от 300 сек.

начала от начала

экспери- экспери-

мента мента

Синтанол 147 136 0,92

АЛМ-7

Синтанол 152 135 0,89

АЛМ-10

Неонол 156 134 0,86

АФ 9-12

Неонол 152 133 0,88

АФ 9-10

Neodol 457 132 121 0,92

СЭК Na 138 130 0,94

AOS Na 133 125 0,92

АБС Na 120 116 0,97

Рис. 1 - Пенообразующая способность неионогенных ПАВ: 1 - Синтанол АЛМ-7; 2 -Синтанол АЛМ-10; 3 - Неонол АФ 9-12; 4 -Неонол АФ 9-10; 5 - Neodol 457

Как видно из полученных данных, у всех амфифильных компонентов наблюдается близкая по значениям пенообразующая способность, которая может быть использована с пользой в средствах для ручной стирки белья или мытья посуды, где обильное пенообразование обеспечивает моющее действие. Исключение составляет импортный представитель неионогенных ПАВ - Неодол 457, обладающий наименьшей высотой столба пены. Неодол может использоваться в разработке рецептур стиральных порошков типа «автомат», т.к. для них излишнее пенообразование является нежелательным процессом. В то же время при выборе НПАВ решающую роль играет соотношение цена-качество. В этом случае оптимальными являются НПАВ отечественного производства.

Пенообразующая способность анионных ПАВ: СЭК Na и AOS Na выше, чем у АБС Na (рис. 2), что определяет сферы их применения. Таким образом, СЭК Na и AOS Na чаще используются в жидких средствах для стирки и для мытья посуды, а АБС Na

используется в порошкообразных средствах для стирки.

Рис. 2 - Пенообразующая способность анионных ПАВ: 1 - СЭК Na; 2 - AOS Na; 3 - АБС Na

При составлении рецептур учитывают область предполагаемого применения конечного продукта, создаваемого на основе бинарной системы АПАВ -НПАВ. В данной работе были проанализированы бинарные системы для получения порошкообразных синтетических моющих средств.

Рис. 3 - Пенообразующая способность бинарных смесей ПАВ: 1 - АБС Ка: Синтанол АЛМ-7; 2 -АБС Ка: Неодол 457; 3 - АБС Ка:Неонол АФ 9-12

140

110

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Время t, сек

Рис. 4 - Пенообразующая способность бинарных смесей ПАВ: 1 - СЭК Ка:Неонол АФ 9-12; 2 -СЭК Ка: Синтанол АЛМ-7; 3 - АOS Ка:Неонол АФ 9-12; 4 - АOS Ка:Синтанол АЛМ-7

При исследовании бинарных мицеллярных систем выявлено, что минимальной пенообразующей способностью обладает смесь

АБС №:Неонол АФ 9-12 в соотношении 80:20. Для данной смеси наблюдается изменение высоты столба пены с 86 мм до 83 мм в течение 3 минут, что является оптимальным при использовании как основы в стиральных порошках типа «автомат» в совокупности с наиболее приемлемым соотношением цены и качества.

Выводы

1) На основании изучения пенообразующей способности индивидуальных промышленных неионогенных ПАВ показано, что они обладают высокими значениями высоты столба пены, что может быть использовано в средствах для ручной стирки или мытья посуды;

2) Среди анионных ПАВ для получения порошкообразных синтетических моющих средств может быть рекомендован экономически доступный АБС №;

3) Отмечено значительное уменьшение пенообразующих свойств при создании бинарных систем АБС №:неионогенные ПАВ. Наиболее отчетливо это проявляется для смеси АБС №:Неонол АФ 9-12, которая может быть

рекомендована для получения порошкообразных СМС.

Литература

1. Николаев П.В., Козлов Н.А., Петрова С.Н. Основы химии и технологии производства синтетических моющих средств : учеб. пособие / П.В. Николаев, Н.А. Козлов, С.Н. Петрова. - Иваново: Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2007. - 116 с.

2. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / К.Р. Ланге. - С-Пб.: Профессия, 2007. - 240с.

3. Шевердяев О.Н., Белов П.С., Шкитов А.М. Основы технологии поверхностно-активных веществ и синтетических моющих средств : ученое пособие / О. Н. Шевердяев, П.С. Белов, А.М. Шкитов. - М.: МГОУ, 2001. - 201 с.

4. Дерзаева Л.А., Курмаева А.И., Горелова Е.Г. и др. Оценка коллоидно-химических характеристик моющих композиций на основе бинарной смеси поверхностно-активных веществ / Л.А. Дерзаева, [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - №6. - С. 24-30.

5. ГОСТ 22567.1-77. Средства моющие синтетические. Метод определения пенообразующей способности. -Введ. 1978-07-01. - М. : Изд-во стандартов, 1977. - 4 с.

© Л. А. Дерзаева - асп. каф. физической и коллоидной химии КНИГУ, дир. по производству «Нэфис Косметикс»; А. И. Курмаева - канд. хим. наук, доц. той же кафедры; В. П. Барабанов - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, barabanov@kstu.ru; Р. Р. Гайнутдинова - магистрант той же кафедры; Ю. А. Шигабиева - доц. каф. технологии косметических средств КНИГУ, romanovakstu@yandex.ru.

© L. A. Derzaeva, Postgraduate, Department of Physical and Colloid Chemistry, KNRTU, "Nefis Cosmetics" Production Director; A. I. Kurmaeva, Doctor of Chemistry, Assistant professor, Department of Physical and Colloid Chemistry, KNRTU; W. P. Barabanov, Doctor of Chemistry, Associated professor, Department of Physical and Colloid Chemistry, KNRTU, barabanov@kstu.ru; R. R. Gainutdinova, Undergraduate, Department of Physical and Colloid Chemistry, KNRTU; Y. A. Shigabieva, Doctor of Chemistry, Assistant professor, Department of Technology Cosmetics, KNRTU, romanovakstu@yandex.ru.