Еstimation and optimization of the active basis ratio for synthetic washing powders with lowered ecological danger

УДК 661.185.6

Ю. В. Тихонова (асп.), С. П. Ломакин (доц. каф., к.т.н.), Э. С. Филатова (зав. лаб.),

Р. Р. Хабибуллин

Оценка и оптимизация соотношений активной основы для синтетических моющих средств с низкой экологической опасностью

Уфимская государственная академия экономики и сервиса 450062, г. Уфа, ул. Чернышевского 145; тел. (347) 2524922

Yu. V. Tihonova, S. P. Lomakin, E. S. Filatova, R. R. Habibullin

Еstimation and optimization of the active basis ratio for synthetic washing powders with lowered ecological danger

Ufa State Academy of Economy and Service 145, Chernyshevskogo Street, 450062 Ufa, Russia; tel. (347) 2524922

Задача работы — подбор активной основы для синтетического моющего средства с пониженным пенообразованием. Активная основа состоит из 3 компонентов: анионактивное поверхностно-активное вещество (ПАВ) — натриевое мыло жирных кислот, неионогенный ПАВ — синтанол АЛМ-10 и амфотерный ПАВ — продукт растворения коллагена. Для изучения взяты чистые поверхностно-активные вещества в 3 различных соотношениях этих компонентов с концентрацией 3 г/л. Исследовано поверхностное натяжение и моющая способность при 3 температурных режимах.

Ключевые слова: активная основа; моющая способность; ПАВ; поверхностное натяжение; синтетическое моющее средство; экологическая опасность.

The problem of work — selection of an active basis for a synthetic washing powder with the lowered foaming. The active basis is consist of 3 components: anionic surface-active substances — sodium soap of fat acids, nonionic surface-active substances — cyntanol ALM-10 and amphoteric surface-active substances — a product of dissolution of collagen. Pure surface-active substances and 3 various ratio of these components have been taken with concentration 3 g/l for studying. The superficial tension and washing ability is investigated at 3 temperatures.

Key words: active basis; ecological danger; superficial tension; surface-active substances; synthetic washing powder; washing ability.

В качестве активной основы всех моющих средств выступают поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые подразделяются на анионные, неионогенные, катионные и ам-фотерные.

Перед нами стояла задача разработать новое синтетическое моющее средство с пониженным пенообразованием и низкой экологической опасностью. Для этого необходимо подобрать активную основу в синергетическом соотношении смесей ПАВ различной природы.

Правильное соотношение компонентов активной основы в синтетических моющих средствах — важный критерий дальнейших свойств композиции. Ценные свойства каждого компонента сохраняются в смеси и многократно увеличиваются. В данной работе в качестве активной основы используется 3 компонента: неио-

Дата поступления 13.10.09

ногенное ПАВ — синтанол АЛМ-10, анионактивное ПАВ — натриевое мыло и новый вид амфотерного ПАВ — продукт растворения коллагена (ПРК), получаемый нами из отходов кожевенного производства 1.

Натриевые мыла жирных кислот (анионное ПАВ) являются безопасным и экологически чистым сырьем, но имеют ограниченную растворимость в жесткой воде и при низких температурах, небольшое пенное число и невысокую пену. Для улучшения их свойств необходимо введение в рецептуру других синтетических поверхностно-активных компонентов, которые позволят устранить вышеперечисленные недостатки. При этом массовая доля безопасного ПАВ в новом продукте должна быть максимально возможной.

Обязательное присутствие неионогенных ПАВ в смешанных системах объясняется их значительными преимуществами перед другими ПАВ по эффективности удаления жировых и масляных загрязнений. К таковым относится синтанол АЛМ-10, представляющий собой ок-сиэтилированные жирные спирты.

Состав синтетического моющего средства для машин-автоматов отличается от составов для ручной стирки наличием невысокой и неустойчивой пены 2. Поэтому в таких средствах отсутствуют сильные анионактивные ПАВ, и в них вводятся специальные поверхностно-активные вещества, с пониженным пенообразованием. В качестве такого ПАВ нами предлагается использовать ПРК.

Таким образом, количество экологически безопасного натриевого мыла жирных кислот увеличено в активной основе до максимального уровня с целью снижения экологической опасности моющих средств. ПРК тоже является экологически безопасным амфотерным ПАВ природного происхождения с высокой степенью биоразложения (биоразлагаемость — 95%) 3.

Оценку качества активной основы и изучение синергизма в различных соотношениях проводили по двум параметрам: основному — моющая способность и дополнительному — поверхностное натяжение.

Поверхностное натяжение композиций исследовано сталагмометрическим методом при температуре 20 оС 4; моющая способность — по ГОСТ 22567.15-95 исследовано в температурном интервале 40—80 оС.

Определены свойства как индивидуальных ПАВ, так и этих компонентов в трех различных соотношениях с общей концентрацией раствора 3 г/л. При исследовании свойств всех компонентов и их смесей учитывали не только моющую способность, но и зависимость ее от поверхностного натяжения, так как снижение поверхностного натяжения раствора говорит об улучшении поверхностно-активных свойств, но не гарантирует сильного моющего действия, хотя, известно, что растворы эффективных моющих препаратов, как правило, обладают низким поверхностным натяжением 5.

Первоначально были определены характеристики поверхностно-активного натяжения двухкомпонентных смесей — синтанол-мыло, мыло-ПРК, ПРК-синтанол. На рис. 1 показано, что синергизмом обладает только смесь ПРК-мыло.

§1 34 -| 32 - I « 30 £ | 28 -£ 26 -1 24- I 2о V

N Ж смесь ПРК-мыло смесь мыло-синтанол смесь ПРК -синтанол

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 соотношение, %

Рис. 1. Поверхностное натяжение 2-х-компонент-ных смесей ПАВ

Как видно из табл. 1, при увеличении содержания ПРК и уменьшении доли синтанола АЛМ-10 (при одинаковом количестве натриевого мыла) происходит снижение поверхностного натяжения раствора, что должно свидетельствовать об улучшении моющей способности, однако прямолинейной зависимости моющей способности от температуры не наблюдается.

Графическая зависимость моющей способности от температуры представлена на рис. 2. Как видно из него, лучшим моющим действием среди индивидуальных веществ обладает син-танол АЛМ-10.

- Ж - 16/74/8

- А - 8/74/16 —#—16/16/68 ——16/34/50 —*—16/50/34

- • - 16/68/16 —Ж—33/33/33 —•—34/50/16 —6—34/16/50 —В—50/16/34 —А—50/34/16

-68/16/16

—Ж - 100/-/-—• - -/100/—* --/-/100 —А—20/60/20 —О—28/60/12 —О— 12/60/28

30 40 50 60 70

Т, град С

Рис. 2. Зависимость моющего действия 3-х-компо-нентных композиций различного состава (синтанол АЛМ-10/мыло натриевое/ПРК) от температуры

Высокая моющая способность при всех температурных режимах проявляется у композиций состава (синтанол/мыло/ПРК) 16/74/ 8, 8/74/16, 16/68/16 и 28/60/12, но у первых двух композиций состава при 80 оС моющая способность уменьшается, что противоречит литературным данным и может быть связа-

100

90

80

70

60

50

40

30

20

Таблица 1

Моющая способность и поверхностное натяжение 3-хкомпонентных смесей

поверхностно-активных веществ

Соотношение компонентов, % Поверхностное натяжение, н/м-10-3 Моющая способность, %

Синтанол АЛМ-10 Мыло натриевое ПРК 40 оС 60 оС 80 оС

100 - - 32.4 50.9 62.9 80

- 100 - 30.5 39.6 48.1 50.9

- - 100 39 24.5 24 34.5

68 16 16 33.5 56.6 74 69

50 34 16 33.3 54.7 53.7 72.7

50 16 34 33.9 56.6 64.8 69

34 16 50 35.4 54.7 70.3 63.6

34 50 16 34.6 64.1 64.8 81.8

33 33 33 34.3 43.4 66.6 80

16 68 16 31.1 69.8 72.2 78.2

16 50 34 31.6 56.6 57.4 76.3

16 34 50 33.3 58.5 57.4 83.6

16 16 68 34.3 39.6 50 61.8

16 74 8 33.6 81.1 87 81.8

8 74 16 31.6 73.6 90.7 89

12 60 28 31.7 56.6 72.2 76.3

20 60 20 33.8 62.2 70.3 89

28 60 12 34.2 67.9 70.3 74.5

но с антогонизмом компонентов в данном соотношении 6. В композиции 16/68/16, наоборот, происходит синергетическое взаимодействие компонентов, и моющая способность выходит на хороший уровень, причем в данной системе содержание синтанола АЛМ-10 минимально, а содержание биоразлагаемых компонентов (натриевое мыло жирных кислот и ПРК) наибольшее.

Моющая способность составов приведенных выше соотношений не имеет прямой зависимости от поверхностного натяжения, хотя у композиции 16/68/16 поверхностное натяжение является наименьшим из всех. Поэтому при оценке свойств активной основы для моющего средства стоит ориентироваться не только на моющую способность компонентов, но и на изменение поверхностного натяжения.

Литература

1. Тихонова Ю. В., Кривоносова Л. Г., Ломакин С. П., Филатова Э. С., Хабибуллин Р. Р. // Баш. хим. ж.- 2009.- Т.16, № 1.- С. 13.

2. Дивакова Н. А. // Бытовая химия.- 2003.-№ 1.- С. 12.

3. Афанасьева Р. Я., Афонская Н. С., Бернштейн М. М. Справочник кожевника (сырье и материалы).- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.- 384 с.

4. Абрамзон А.А., Боброва Л. Е. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества.-Л.: Химия, 1984.- 392 с.

5. Шварц А., Перри Дж., Берч Дж. Поверхност-ноактивные вещества и моющие средства .- М.: Изд. иностр. лит., 1960.- 556 с.

6. Федорова А. Ф. Технология химической чистки и крашения.- М.: Легкая индустрия, 1990.- 336 с.