Способы получения СМС и сравнительный анализ их свойств

Л. А. Дерзаева, Н. В. Сафаргали, А. Х. Газизова,

А. И. Курмаева, В. П. Барабанов

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СМС И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИХ СВОЙСТВ

Ключевые слова: синтетические моющие средства, башенный технологический процесс,

небашенный технологический процесс, комбинированный технологический процесс, стандартные методы анализа, моющая способность, отбеливающая способность, насыпная плотность стирального порошка. synthetic washing agents, tower process, non-tower process, combined process, standard methods of analysis, washing power, bleaching power, bulk density

of detergent.

Рассмотрены способы получения синтетических моющих средств (далее СМС), внедренные на ОАО «Нэфис Косметикс», сопоставлены преимущества и недостатки различных методов получения, а также проведен сравнительный анализ свойств СМС, полученных разными технологическими процессами.

Methods of obtaining of synthetic washing agents (hereinafter as detergent) introduced at Nefis Cosmetics JSC have been reviewed, advantages and disadvantages of various production methods have been compared and comparative analysis of detergent parameters received by means of different manufacturing process have been completed.

Основным отличием СМС на российском рынке в 2007 году явилось уменьшение их объемов на 50,5 тыс. т или 6,5% по отношению к предыдущему году. Это произошло из-за значительного снижения объемов производства на ведущем предприятии Proc-1ег&ОашЫе-Новомосковск (на 19,2%). Но одновременно увеличились объемы предприятия Henkel (на 22,1 %) и среди «чисто» отечественных предприятий прирост объемов произошел на ОАО «Нэфис Косметикс» (на 40 %).

В 2007 году объемы экспорта СМС увеличились на 2 тыс. т, а импорта уменьшились на 3 тыс. т. [1].

Современные отечественные порошки - синтетические моющие средства (СМС) -обладают высокими качественными показателями благодаря новейшим технологиям и разработкам их рецептуры. Кроме того, производители добиваются и дополнительных потребительских свойств: отбелить, сохранить или восстановить яркость цветов, придать белью мягкость, продлить срок его носки и избавить от катышков, сохранять элементы автоматических стиральных машин. Отечественные порошки позволяют уменьшить расходы за счет экономии электроэнергии при низкотемпературной стирке.

Все вышеперечисленные свойства, отвечающие последним требованиям в производстве СМС и наделяющие их отличными потребительскими свойствами позволяют говорить о том, что будущее - за отечественным производителем, уже сейчас успешно конкурирующим с европейскими.

Рецептуры порошков, разработанные ОАО «Нэфис Косметикс», являются коммерческой тайной предприятия и здесь не рассматриваются.

В работе изучены порошки (№1 - №6), полученные по следующим технологиям:

1 - башенный технологический процесс (схема 1);

2 - небашенный технологический процесс (схема 2);

3 - комбинированный технологический процесс (схема 3).

В первом процессе удаление воды является фактором, который требует наибольшего контроля из-за своей высокой энергоемкости. Комбинирование первых двух методов позволяет значительно сэкономить топливо и энергопотребление, что приводит к снижению себестоимости готовой продукции [2].

Производство моющих порошков башенной технологией, т.е. методом распылительной сушки композиции, включает следующие стадии: прием, хранение и подготовка сыпучего и жидкого сырья, приготовление и сушка композиции, расфасовка и упаковка готового продукта.___________________________________________________________________

Сырье Приготов- Сушка ком- Дозирование Расфасовка

(прием, ление компо- позиции рас- нетермо- готового

хранение и зиции (40% пылением (1 стабильных продукта

подготовка — водная — сушки - 300- — добавок — (Насыпная

сыпучего и паста) 350оС) плотность

жидкого 450-550

сырья) г/дм3)

Рис. 1 - Схема башенного технологического процесса производства СМС

Технологический процесс проводится в автоматическом режиме управления. Мощность установки составляет 8 т/час порошка. Таким образом получены порошки №1-6 (табл. №1).

Существенным недостатком башенного метода производства СМС является разложение отдельных компонентов при высокой (300-3500С) температуре сушки, большие расходы топлива, высокие капитальные вложения на единицу готового продукта, низкая насыпная плотность порошков, а отсюда большой расход упаковочных материалов. Одним из недостатков является также необходимость осуществления процесса получения поверх-нотно-активных веществ (далее ПАВ) на отдельном участке путем проведения нейтрализации алкилбензолсульфокислоты раствором гидроксида натрия по реакции:

С12Н2бСбН480зН + ЫаОН * С^бСе^БОзМа + Н2О

А также уменьшение запасов природного топлива и повышение цены на него, высокая энергоемкость производства СМС распылительной сушкой привели к необходимости разработки технологии получения СМС новым способом - небашенной технологией (схема 2).

Сырье

Смешение сук их и жидких компонентов в реакторе

Удаление ел аги на псевдо-ожиж енним слое

Д оз ир о в ание нетермо-стабипьных добавок

Р ас ф ас об ка готового продукта

Рис. 2 - Схема небашенного технологического процесса производства СМС

Таблица 1 - Сравнение потребительских характеристик СМС, произведенных башенной, небашенной и комбинированной технологиями

№ образца Основные компо- ненты, Башенная технология Небашенная технология Комбинированная технология

входящие в СМС Мою- щая способ- ность, % Отбе- ливаю- щая способ- ность, % На- сып- ная плот- ность, г/дм3 Мою- щая способ- ность, % На- сып- ная плот- ность, г/дм3 Мою- щая способ- ность, % Отбе- ливаю- щая способ- ность, % На- сып- ная плот- ность, г/дм3

Образец №6 Образец №5 Образец №4 Образец №3 Образец №2 Образец №1 ПАВ ТПФ № Силикат № Сода кальц. 101,2 104,2 550,0 100,6 101,6 630,0

Перкарбонат натрия ПАВ ТПФ № Силикат № Сода кальц. 101,0 105,1 560,0 100,9 103,6 650,0

Перкарбонат натрия ПАВ ТПФ № Силикат № Полимер 104,0 119,0 530,0 103,2 118,9 670,0

Сода кальц. Перкарбонат натрия ПАВ ТПФ № Силикат Ыа Сода кальц. 105,2 118,8 550,0 104,5 118,3 660,0

Перкарбонат натрия ПАВ ТПФ Ыа Силикат Ыа Сода кальц. 108,1 118,4 550,0 108,0 118,2 670,0

Перкарбонат натрия ПАВ ТПФ Ыа Силикат Ыа 90,6 540,0 89,5 890,0 90,1 610,0

Сода кальц.

В основе данного метода лежит способ агломерации - смешивание твердых и жидких компонентов с одновременной сухой нейтрализацией алкилбензолсульфокислот.

Реакция «сухой» нейтрализации алкилбензолсульфокислоты кальцинированной содой протекает по уравнению в двух направлениях (50%:50%):

1) С12Н25СбН480зИ + Ыа2СОз ----------------- С-^^бСбНдЗОзЫа + ЫаНСОз;

2) С12Н25СбН430зН + Ыа2С0з - С12Н25СбН430зЫа + Н2О + СО2.

Одним из преимуществ метода сухой нейтрализации является возможность получения порошкообразных СМС с содержанием ПАВ более 20 % (мас.). В современных рецептурах СМС активную основу в большинстве случаев составляют двухкомпонентные смеси ПАВ, включающие алкилбензолсульфонаты натрия, оксиэтилированные высшие жирные спирты - неионогенные ПАВ. Увеличение содержания неионогенных ПАВ позволяет получать СМС с высокой моющей способностью и низким пенообразованием, что является непременным условием при стирке в современных автоматических машинах. Однако с повышением содержания неионогенных ПАВ возникают трудности при сушке порошка в связи с повышением его липкости после башни. Проблемы липкости порошка, увеличение его насыпной плотности, а следовательно, и расширение области применения неионогенных ПАВ решены в производстве СМС комбинированным методом (схема 3).

Сырье

Приготов- Сушка Основа СМС (без нетермо-

ление композиции стабильных добавок)

композиции распыл ашем (Насыпная, тотюсть

паста) 300-350°С)

Смешение Удаляше

сухих и влаги на Дозирование

жидких псждо- нетермо-

компснштов ожижен- стабильных

в реакторе ном слое добавок

Расфасовка

готового

продукта.

Рис. 3 - Схема комбинированного процесса производства СМС

В результате технологического процесса происходит агломерация (склеивания) сыпучих (порошкообразных) и жидких компонентов в гранулированный и химически однородный продукт.

Для оценки качества выпускаемых СМС применяются стандартные методы анализа:

- моющая способность;

- отбеливающая способность;

- насыпная плотность порошка

В табл.1 приведены их количественные значения.

Моющая способность [3]

Сущность метода определения заключается в сравнительной оценке моющей способности испытуемого моющего средства и состава сравнения.

Моющая способность определяется отношением степени снятия загрязнения раствором испытуемого моющего средства на одном или нескольких видах ткани в зависимости от функционального назначения средства к степени снятия загрязнения раствором состава сравнения на таких же тканях, в тех же условиях стирки.

При определении моющей способности моющих средств применяются ткани с нанесенными пигментно-масляным либо белковым загрязнениями.

За состав сравнения принимается раствор или средство, аналогичное испытуемому по функциональному назначению и с моющей способностью на уровне моющей способности средства сравнения.

Для приготовления раствора состава сравнения берутся навески алкилбензолсуль-фоната натрия, триполифосфата натрия и растворяют в жесткой воде. При испытании моющих средств, содержащих ферменты, раствор готовят с добавлением навески щелочной протеазы.

Для приготовления раствора испытуемого средства берется навеска испытуемого моющего средства массой (5,00±0,02) г и растворяется в жесткой воде.

Испытания моющих средств проводят при температуре (50±2)0С. Для моющих средств, содержащих энзимы, проводят при температуре (40±2)0С.

Отбеливающая способность [4]

Определяется для средств, содержащих химический отбеливатель.

Раствор состава сравнения готовится аналогично составу для определения моющей способности, с добавлением к вышеуказанным компонентам навески пербората натрия.

Для приготовления раствора испытуемого средства берется навеска испытуемого моющего средства массой (10,00±0,02) г и растворяется в жесткой воде.

Испытания моющих средств проводят при температуре (60±2)0С.

Сущность метода заключается в определении отношения прироста белизны ткани при отбеливании испытуемым моющим средством к приросту белизны такой же ткани при отбеливании раствором состава сравнения.

Насыпная плотность порошка [5]

Метод основан на измерении массы порошка, заполняющего цилиндр вместимо-

з

стью 1 дм .

Основные компоненты, входящие в состав СМС

Синтетические моющие средства представляют собой сложные смеси органических и неорганических веществ. В состав рецептуры СМС в качестве основных компонентов входят:

1. Органические поверхностно- активные вещества (ПАВ) - служит для удаления устойчивых загрязнений. В качестве ПАВ используется двойная система ПАВ (анионак-тивные ПАВ и неионогенные ПАВ):

Анионактивные ПАВ: алкилбензолсульфонаты натрия (АБСЫа).

Неионогенные ПАВ: оксиэтилированные жирные спирты.

Такая двойная система расширяют спектр отстирываемых тканей (хлопок, синтетические ткани, ткани из смешанных волокон - хлопок + полиэфир).

2. Триполифосфат натрия - компонент, способствующий умягчению жесткой воды, усиливает моющее действие, образует комплексные соли с ионами кальция и магния, предотвращения образование осадка на ткани и защищая стиральную машину от накипи и известкового налета.

3. Силикат натрия (жидкое стекло) (дисиликат натрия) - компонент, повышающий моющую способность средства. На жировые загрязнения и жесткость воды действует аналогично кальцинированной соде. В составе порошка силикат натрия предохраняет порошок от комкования т.е. сохраняет сыпучесть готового продукта; защищает стиральные машины от коррозия (ингибитор коррозии).

4. Карбонат натрия (кальцинированная сода) - омыляет жировые загрязнения и переводит их в моющий раствор, регулирует рН моющего раствора; снижает жесткость воды, связывая ионы кальция и магния.

5. Перкарбонат натрия - химический отбеливатель тканей - разрушает загрязнения, взаимодействуя с ними, превращает их в такие соединения, которые не имеют окраски, бесцветные или имеют белый цвет. При химическом отбеливании удаляются несмываемые прочно связанные с волокнами загрязнения, благодаря окислительному или восстановительному воздействию отбеливаются неотделенные от ткани химические группы загрязнений.

Как видно из таблицы 1 принципиально показатели не отличаются друг от друга за исключением насыпной плотности и небольшого ухудшения моющей способности в порошке, полученном по небашенной технологии.

По показателям «Моющая способность» и «Отбеливающая способность» нельзя говорить об эффективности порошков, полученных по одной из рассмотренных технологий, т.к. ошибка измерения величины моющей способности составляет 5,6%, а величины отбеливающей способности - 5%.

Сравнивая насыпную плотность порошков, полученных по трем технологиям, наиболее оптимальной является насыпная плотность готового порошка, полученного комбинированным способом (см. образец №6).

Заключение

Экономия энергии на сегодняшний день является технической задачей и общественным долгом, и промышленность по производству синтетических моющих средств, в свою очередь, заинтересована как в повышении качества получаемого продукта, так и в снижении потребления энергии, необходимого для производства этого продукта. Из вышеуказанных способов, наименее энергоемким, без сомнения, является небашенный технологический процесс. Сочетание физических и химических особенностей порошка, произведенного башенным и небашенным процессом является наиболее подходящим путем для объединения как снижения потребления энергии, так и достижения сложной специфики товарного маркетинга (оптимальной насыпной плотности). Такая комбинация возможный и благоприятный путь для гибкого и высокорентабельного современного производства синтетических моющих средств.

Литература

1. Олонцев, И. Ф. Производство и рынок СМС и товаров бытовой химии в России в 2007 году / И. Ф. Олонцев, Ю. С. Ветошкин // Бытовая химия. - 2008. - № 29. - С. 4-6.

2. Адами, И. Экономия энергии в производстве синтетических моющих средств: текущее состояние и тенденции развития / И. Адами // Бытовая химия. - 2008. - №29. - С. 14-19.

3. ГОСТ 22567.15-95 «Средства моющие синтетические. Метод определения моющей способности».

4. ГОСТ 22567.11-82 «Средства моющие синтетические. Метод определения отбеливающей способности».

5. ГОСТ 22567.4-77 «Средства моющие синтетические. Метод измерения массы определенного объема».

© Л. А. Дерзаева - асп. каф. физической и коллоидной химии КГТУ, директор по производству ОАО «Нэфис Косметикс»; Н. В. Сафаргали - начальник ЦЗЛ ОАО «Нэфис Косметикс»; А. Х. Газизова - химик ЦЗЛ ОАО «Нэфис Косметикс»; А. И. Курмаева - канд. хим. наук, доц. каф. физической и коллоидной химии КГТУ; В. П. Барабанов - д-р. хим. наук., проф. каф. физической и коллоидной химии КГТУ, barabanov@kstu.ru.