О возможности регулирования эмульгирующей способности композиций ПАВ

УДК 675.043

Г. Г. Лутфуллина, З. А. Зиннатуллина

О ВОЗМОЖНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭМУЛЬГИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

КОМПОЗИЦИЙ ПАВ

Ключевые слова: Поверхностно-активные вещества (ПАВ), анионактивные ПАВ (аПАВ), неионогенные ПАВ (нПАВ),

эмульгирующая способность.

Исследованы эмульгирующие свойства композиций, состоящих из аПАВ (Mizulan FL-80) и нПАВ (Неонол АФ 9-12).

Key words: Surfactants, anionic surfactants, non-ionic surfactants, emulsifying ability.

The emulsifying properties of compositions, which consist of anionic surfactant (Mizulan FL-80) and non-ionic surfactant (Neonol AF 9-12) were researched.

Как известно, ПАВ обладают большим количеством свойств. При использовании ПАВ в легкой промышленности особое значение имеют свойства, наличие которых позволяет использовать их в качестве эмульгаторов и диспергирующих агентов в эмульгируемых концентратах, а также в суспензионных водных концентратах дисперсных гранул и смачиваемых порошков [1-3].

Эмульсиями называются дисперсные системы, состоящие, как минимум, из двух жидкостей, из которых одна распределена по всему объему другой в виде мельчайших капелек диаметром 0,1-100 мкм. Первая жидкость называется дисперсной фазой, вторая - дисперсной средой. Эмульсии являются термодинамически неустойчивыми системами, так как имеют большую межфазную поверхность и обладают значительной поверхностной энергией. Силы межфазного натяжения стремятся сократить поверхность раздела фаз, т.е. разрушить эмульсию [4]. ПАВ, адсорбируясь на границах раздела фаз, могут стабилизировать эмульсии. В качестве эмульгаторов применяются ПАВ, которые легко растворяются в дисперсной среде. При этом часть молекулы ПАВ, находящаяся в дисперсной среде, должна быть большего размера, чем та часть, которая адсорбируется на капельках дисперсной фазы [4].

Цель данной работы: оценка и возможность регулирования эмульгирующей способности композиций, содержащих неиногенные и анионактивные ПАВ.

Для характеристики ПАВ как эмульгатора определяют следующие показатели:

1. Устойчивость эмульсии, стабилизированной данным ПАВ;

2. Количество эмульсии, которое может быть стабилизировано данным ПАВ;

3. Условия (например, концентрация, температура), при которых ПАВ является стабилизатором.

В данной работе стабильность эмульсий оценивали по времени отслаивания объема гидрофобной фазы раствора композиций ПАВ (2,0 - 8,0 г/дм3).

Пределы концентрации, в которых ПАВ проявляет эмульгирующие свойства, необходимо знать при практическом использовании ПАВ, так как ниже определенной концентрации ПАВ не только не проявляет эмульгирующих свойств, но и практически не понижает поверхностного натяжения. Наиболее показательна для характеристики ПАВ как

эмульгатора концентрация, при которой оно начинает проявлять эмульгирующие свойства [5].

Для определения эмульгирующей способности к водным растворам ПАВ приливали: моторное (ГОСТ 17479.1-85), льняное (ГОСТ 5791-81) и индустриальное масло (ГОСТ 20799-88).

Эмульсии получали диспергационным методом, который основан на дроблении грубодисперсной системы, представляющий собой два несмешиваю-щихся жидких слоя.

Стабильность эмульсий определяли следующим образом: к 25 см3 масла дозировали определенное количество ПАВ и 25 см3 воды и перемешивали в течение 1 мин. Для этого использовали микроизмельчитель РТ-2. Продолжительность время вращения мешалки -1 мин, частота - 5000 оборотов в минуту. После завершения встряхивания оценивали продолжительность стабильности эмульсии. Если эмульсия расслаивалась на гидрофобную и гидрофильную фазы в течение двух часов, то она считалась неустойчивой (ГОСТ 22567.1-77).

Для экспериментов использовали 6 композиций, состоящих из аПАВ - М17и1ап БЬ-80 и нПАВ - Неонол АФ 9-12 (табл. 1). Для сравнения использовали также и индивидуальные ПАВ: М1ш1ап БЬ-80, Ал-килсульфонат натрия.

Таблица 1 - Процентное соотношение состава композиций ПАВ

Композиции аПАВ, % нПАВ, % Вода, масс

масс масс %

1 30 5 65

2 40 5 55

3 30 7 63

4 25 7 68

5 45 5 50

6 35 7 58

Результаты исследования эмульгирующей способности исследуемых ПАВ и композиций представлены в таблице 2.

При расслаивании эмульсии с моторным маслом нижний слой являлся водным раствором композиций ПАВ, средний слой - мелкодисперсной эмульсией, верхний слой - маслом.

В случае льняного масла эмульсия расслаивалась на 2 слоя: нижний слой - мелкодисперсную эмульсию, верхний - масло.

Таблица 2 - Изменение стабильности эмульсий в зависимости от концентрации композиций

o4 в

Композиция Концентрац каких Время начала расслаивания, мин

Моторное масло Льняное масло Индустриальное масло

1 8,0 121 Эмульсии Эмульсии не ста-

4,0 108 не ста- бильны

2,0 13 бильны

8,0 139 2 Эмульсии не ста-

2 4,0 126 Эмульсии бильны

2,0 16 не стабильны

8,0 140 2 6

3 4,0 192 Эмульсии Эмульсии не ста-

2,0 182 не стабильны бильны

8,0 135 1 7

4 4,0 186 Эмульсии Эмульсии не ста-

2,0 180 не стабильны бильны

8,0 148 2,5 Эмульсии не ста-

5 4,0 129 Эмульсии бильны

2,0 20 не стабильны

8,0 133 2,5 6,5

6 4,0 189 Эмульсии Эмульсии не ста-

2,0 178 не стабильны бильны

Эмульсии с индустриальным маслом расслаивались на 3 слоя.

Оценка эмульгирующей способности исследуемых композиций показала следующее. При использовании моторного масла стабильность эмульсий резко возрастала при увеличении концентрации композиций 1, 2, 5. Следует отметить, что при повышении концентрации композиций 3, 4, 6 (с содержанием в составе Неонола АФ 9-12 - 7%) эмульгирующая способность повышалась до концентрации 4 г/дм3. При возрастании концентрации до 8 г/дм3 стабильность эмульсий снижалась.

Замена масла на льняное привела к понижению эмульгирующей способности ПАВ в композициях: только при концентрации 8,0 г/дм3 достигалась стабильность эмульсий. Однако, через 1-3 минуты начиналось их расслаивание.

Применение индустриального масла для образования эмульсий позволила увеличить время начала

расслаивания только для композиций 1-6, причем при концентрации 8,0 г/дм3.

При исследовании эмульгирующей способности Алкилсульфоната натрия, Mizulan FL-80 получали относительно стабильные эмульсии: стабилизация эмульсий начиналась уже при концентрации композиций 2 г/дм3 (в случае индустриального и льняного масел). Эмульсии начинали разрушаться после 30 минут.

Для эмульсий, образованных водными растворами Mizulan FL-80 наблюдалось повышение стабильности эмульсии с увеличением концентрации аПАВ до 4,0 г/дм3. Вероятно, на этой стадии существенное влияние оказывает не концентрация аПАВ, а дисперсность эмульсии, которая уменьшается при увеличении количества аПАВ.

Известно, что стабилизация эмульсий с участием ПАВ возможна благодаря адсорбции и определенной ориентации молекул ПАВ. Это, в свою очередь, вызывает понижение поверхностного натяжения. Однако, стабилизация благодаря ПАВ не лимитируется факторами, обусловливающими понижение поверхностного натяжения. Поэтому, как показали дальнейшие исследования, ПАВ, имеющие высокие показатели поверхностного натяжения (Алкилсуль-фонат натрия, Mizulan FL-80), отличаются большей устойчивостью, чем ПАВ, растворы которых обладают более низкими значениями поверхностного натяжения.

Как правило, увеличение концентрации ПАВ приводит к повышению стабильности эмульсий.

Необходимо отметить, что оценка эмульгирующей способности композиций ПАВ проводилась при комнатной температуре. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение влияния температуры эмульсий на их стабильность. Наличие эмульгирующих свойств ПАВ и их композиций в производстве меха необходимо на подготовительных стадиях, в частности при обезжиривании.

Литература

1. Ланге, К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, анализ, применение/ К.Р. Ланге; под науч. ред. Л.П. Зай-ченко. - Спб.: Профессия, 2004. - 240 с., ил.

2. Лутфуллина, Г.Г. Исследование свойств анионактив-ного ПАВ на основе жирных кислот пальмового масла и метанола (Mizulan FL-80)/ Г.Г. Лутфуллина, К.Е. Мартынова, К.С. Гусева // Вестник Казан. технол. ун-та, 2014, -№22. -С.99-100.

3. Лутфуллина Г.Г. Исследование влияния ПАВ на основе побочного продукта производства олеиновой кислоты на обезжиривание мехового сырья/ Г.Г. Лутфуллина, Л.М. Хайдарова, А.В. Островская, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казан. технол. ун-та. 2010. -№ 1. -С. 268- 272.

4. Шевердяева, О.Н. Основы технологии поверхностно-активных веществ и синтетически моющих средств/ О.Н. Шевердяева, - М.: Москва, 2001. - 204 с.

5. Абрамзон, А.А. Поверхностно-активные вещества: свойства и применение/ А.А. Абрамзон, 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1981. - 304 с., ил.

© Г. Г. Лутфуллина, д.т.н., проф. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, gulnaz777@bk.ru; З. А. Зиннатуллина, бакалавр той же кафедры.

© G. G. Lutfullina, Doctor of Technical Science Professor of the Department of plasma chemical nanotechnology and macromolecu-lar materials, KNRTU, gulnaz777@bk.ru; Z. A. Zinnatullina, Bachelor of the same Department.