Исследование моющих композиций на основе альфоолефинсульфонатов натрия, модифицированных полисиликатами натрия и калия

Р. А. Гарифуллина, Г. В. Булидорова ИССЛЕДОВАНИЕ МОЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ АЛЬФООЛЕФИНСУЛЬФОНАТОВ НАТРИЯ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИСИЛИКАТАМИ НАТРИЯ И КАЛИЯ

Ключевые слова: полисиликат натрия, моющее средство, гелеобразование, поверхностное натяжение.

Исследована возможность использования полисиликатов натрия и калия для создания гелеобразных моющих средств. Изучена вязкость композиций, рН, поверхностное натяжение, определена прочность гелей.

Keywords: sodium polysilicate, cleaning composition, gel formation, surface tension.

The possibility of using the sodium and potassium polysilicates for making of cleaning compositions in the form of a gel has been studied. Viscosity, рН, surface tension of compositions and gels strength are determined.

Введение

Современные моющие средства являются сложными многокомпонентными системами, их получение и переработка сопровождается протеканием множества физико-химических и коллоиднохимических процессов, которые требуют изучения.

Одной из тенденций современного рынка моющих средств является расширение ассортимента высококонцентрированных, а также высоковязких и гелеобразных средств. Гелеобразные средства отличаются повышенной концентрацией; эти средства многофункциональны и удобны для дозировки, а, следовательно, являются более экономичными. Исследование взаимодействия ПАВ с другими активными компонентами моющих средств и научное обоснование выбора состава моющих композиций является актуальной задачей в научном и практическом плане [1-4].

В качестве одного из активных компонентов моющих средств нашли применение водорастворимые силикаты щелочных металлов. Силикаты обладают загущающим действием, уменьшают критическую концентрацию мицеллообразования ПАВ и увеличивают их поверхностную активность, повышают моющую способность, стабилизируют рН раствора, обладают слабым дезинфицирующим действием, могут работать как ингибиторы коррозии. Следует учитывать и мягкие абразивные свойства силикатов [5, 6]. В составе моющих средств используют главным образом низкомодульный силикат натрия - «жидкое стекло»; возможность использования полисиликатных растворов практически не изучена. Способность полисиликатов к гелеобразо-ванию в присутствии солей (хлорида натрия, входящего в состав моющей композиции) может быть использована для создания новых гелеобразных форм моющих средств. В работе исследовались некоторые характеристики (рН, поверхностное натяжение, вязкость, прочность гелей) моделей моющих средств, модифицированных активными добавками - полисиликатами щелочных металлов.

Экспериментальная часть

В работе использовались две модели (А и Б) моющего средства, основой для которых служила рецептура жидкого средства для мытья посуды «AOS», производства ОАО «Нэфис Косметикс» г.

Казани (ТУ 2383-060-00336562-2002). В моделях были использованы анионные ПАВ - альфоолефин-сульфонаты натрия ТУ 2481-063-00336562-2002 (40%), модификатор вязкости №С1 марки ЧДА ГОСТ 13830-97 (6 %), вода. Модели А и Б отличались по значению рН: в модель Б дополнительно введен регулятор рН - пищевая лимонная кислота ГОСТ 908-79 (0,5%).

В качестве гелеобразователей в работе были использованы высокомодульные растворы силиката натрия (ПС-Ыа, ТУ 214-014-13002578-94) и калия (ПС-К, ТУ 5743-001-31178039-2001), по терминологии Дилера называемые полисиликатами [7].

Вискозиметрический анализ растворов проводили на вискозиметре Оствальда с диаметром капилляра 0,54^10-3 м. Поправка на кинетическую энергию течения жидкости была менее 1,5 % и поэтому не учитывалась.

Для измерения рН использовали микропроцессорный рН-метр «рН-410».

Поверхностное натяжение определяли методом Дю-Нуи (метод отрыва кольца) на приборе «Тензиометр Кб».

Прочность гелей определяли на приборе Вейлера-Ребиндера. Принцип метода - испытание низкопрочных коллоидных систем непосредственно в сосуде, где они формируются (без приготовления специальных геометрических образцов). Прочностные характеристики геля оцениваются по величине усилия, необходимого для вырывания стальной пластинки, «замурованной» в гель в процессе его формирования. В ходе эксперимента фиксируется начальное Но и конечное Нк значения показания индикатора пружины. Напряжение сдвига геля вычислялось по формуле

ст = РБ,

где Р - сила, действующая на пружину (Н),

Б = 6-10"4 - площадь погруженной пластинки (м2), Р=0,00906ДН, где 0,00906 - коэффициент для данной пружины,

ДН = Нк - Но - деформация пружины.

Результаты и обсуждение

На первом этапе исследований была определена концентрационная область, в которой наблюдалась агрегация при смешении модели моющего средства (ММС) и полисиликата. Для этого про-

водилось смешение расчетных количеств ММС и раствора полисиликата, визуально наблюдались происходящие в композиции изменения. Образцы выдерживались в течение трех суток, при этом периодически оценивалось изменение вязкости, выпадение осадка, помутнение, гелеобразование.

На основании полученных данных были отобраны соотношения ММС - полисиликат для дальнейшего исследования. Были выбраны те соотношения, где в течение трех суток не наблюдалось значительного изменения мутности, осадкообразования и расслоения системы.

Норма рН для большинства моющих средств лежит в пределах от 5,0 до 9,0. Значение рН полисиликатов согласно ТУ лежит в пределах от 9,5 до 11,5 для полисиликатов калия и от 10,5 до 12,0 -для полисиликатов натрия. Следовательно, добавки полисиликаатов в состав моющих композиций должны повышать рН. Проведенные исследования показали, что добавка полисиликатов сдвигает состав композиций в щелочную область. Закономерно, что общие значения рН для модели «Б», содержащей пищевую лимонную кислоту, оказались несколько ниже, чем для модели «А». По данным рис. 1 видно, что в одинаковых условиях влияние полисиликата натрия и полисиликата калия на значение рН различается незначительно. В целом введение полисиликата калия повышает рН несколько в большей степени. Показано, что возможно введение до 1 г 1,2% полисиликатов натрия и калия в состав моющего средства.

Луд

концентрация полисиликата, %

Рис. 1 - Влияние природы и концентрации полисиликата на рН композиций

Для отобранного диапазона концентраций было проведено исследование кинетики агрегации композиций вискозиметрическим методом. Вязкость композиций измерялась сразу после приготовления, и далее через определенные интервалы времени. Анализ полученных данных показал, что в концентрированных системах (рис. 2) процессы структу-рообразования протекают достаточно быстро - в течение суток и менее; затем вязкость раствора переставала меняться. В разбавленных растворах (рис. 3) изменение вязкости наблюдалось до трех суток. Причем на начальном этапе (до пяти часов с момента смешения) наблюдалось существенное снижение вязкости. Показана тиксотропность полученных композиций.

-Модель "А" - ПС-К - Модель "А" - ПС-Ыа -Модель "Б" - ПС-Ыа

0 5 10 15 20 25 30

время, ч

Рис. 2 - Кинетическая кривая изменения вязкости композиций ММС

Луд

Рис. 3 - Кинетическая кривая изменения вязкости композиций ММС

В выбранном диапазоне концентраций гелеобразование наблюдалось только в системе модель «Б» + полисиликат калия для концентраций ММС (по ПАВ) 25 и 30 %, при концентрации ПС-К 0,75 и 1,0 %. Для этой области концентраций измерена прочность гелей на приборе Вейлера-Ребиндера. Полученные данные приведены в табл. 1. Следует отметить, что ни при каких концентрациях прочного, прозрачного и «звенящего» геля получить не удалось. Предполагается продолжить эксперименты, перейдя от полисиликатов к системам с более высоким силикатным модулям - кремнезолям.

Таблица 1 - Прочность гелей

Концентрация ММС «Б», % Концентрация ПС-К, % ст, Па

25 0,75 0,1

25 1,0 0,16

30 0,75 0,18

30 1,0 0,21

Выводы

Исследованы процессы агрегации в системах «модель моющего средства - полисиликаты натрия и калия»; определена концентрационная область, в которой наблюдается агрегация; выбраны соотношения концентраций, при которых не происходит осадкообразование и расслоение системы.

Определена область концентраций полиси-

рН

ликатов (до 1,2%), при которой рН композиций остается в допустимых пределах.

Исследована кинетика процессов агрегации в системах «модель моющего средства - полисиликаты натрия и калия»; показано, что в концентрированных системах процессы структурообразования протекают достаточно быстро - в течение суток и менее; в низкоконцентрированных системах на начальном этапе (до пяти часов с момента смешения) наблюдалось заметное снижение вязкости; в этих системах процессы агрегации протекают более медленно.

Измерена прочность гелей на приборе Вей-лера-Ребиндера.

Литература

1. Плетнев, М.Ю. Косметико-гигиенические моющие средства / М.Ю. Плетнев. - М.: Химия, 1990. - 272 с.

2. Котомин, А.А. Оптимизация концентраций компонентов в растворах синтетических моющих средств / А.А.

Котомин, А.А. Абрамзон, О. Д. Якимчук и др. // Журнал прикладной химии.- 2001. - Т.74. - №12. - С. 2038-2042

3. Дерзаева, Л.А. Способы получения СМС и сравнительный анализ их свойств / Л.А. Дерзаева, Н.В. Сафаргали, А.Х. Газизова и др. // Вестник КГТУ. - 2009. - № 6. - С. 177-183.

4. Барабанов, В.П. Коллоидно-химические аспекты взаимодействия ПАВ с поверхностью полимеров / В.П. Барабанов, С.А. Богданова // Вестник КГТУ. - 2010. - №4.-С. 7-25.

5. Китмейер, Д.А. Поверхностно-активные вещества в моющих средствах на водной основе / Д.А. Китмейер // Мир гальваники. - 2007. - №4. - С. 16-18.

6. Абрамзон, A.A. Моющее действие компонентов синтетических моющих средств / А.А. Абрамзон, А.А. Котомин // Журнал прикладной химии.- 2000.- Т.23. - №11. -С. 1902-1904.

7. Шабанова, Н.А. Основы золь-гель технологии нанодис-персного кремнезема / Н.А.Шабанова, П.Д.Саркисов. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 208 с.

© Р. А. Гарифуллина - магистр КНИТУ, rummk@yandex.ru; Г. В. Булидорова - канд. хим. наук, доц. каф. физической и коллоидной химии КНИТУ, gal_b@list.ru.