Синтез и изучение поверхностно-активных свойств ПАВ на основе жирных кислот таллового масла

УДК 675.043

Г. Г. Лутфуллина, Д. И. Ахметова, И. Ш. Абдуллин

СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ СВОЙСТВ ПАВ НА ОСНОВЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ТАЛЛОВОГО МАСЛА

Ключевые слова: неионогенные и катионактивные поверхностно-активные вещества, синтез, свойства.

Синтезированы неионогенные и катионактивные поверхностно-активные вещества на основе жирных кислот таллового масла и этаноламинов. Исследованы их свойства.

Keywords: nonionic and cationaktiv surface-active substances, synthesis, propertie.

Are synthesized nonionic and cationaktiv surface-active substances on the basis of fat acids tall oils and etanolamin. Their properties are investigated.

На сегодняшний день поверхностно-активные вещества (ПАВ) широко применяются во многих отраслях промышленности и производства - это моющие средства, флотореагенты, стабилизаторы эмульсий и пен, диспергаторы минералов, антистатики, ингибиторы коррозии, деэмульгаторы и т.д.

Целью данной работы являлось получение ПАВ из доступных и широко используемых в органическом синтезе веществ, а именно, жирных кислот таллового масла и этаноламинов, а также изучение свойств синтезированных ПАВ.

Для получения диэтаноламида - неионогенного ПАВ (нПАВ) применялся диэтаноламин (ДЭА).

При эквимольном соотношении реагентов реакция идет по схеме: RCOOH+NH(C2H4OH)2^RC(O)N(CH2CH2OH)2+H2O, где R - остаток жирной кислоты.

Получен диэтаноламид - КТДА.

Для получения карбоксилатамина - катионактивного ПАВ (кПАВ) использовался триэтаноламин (ТЭА).

При эквимольном соотношении реагентов реакция идет по схеме:

RCOOH+N(C2H4OH)3^R(O)COCH2CH2N(CH2CH2OH)2+H2O,

где R - остаток жирной кислоты.

Получен карбоксилатамин - КТТА.

Контроль реакции осуществлялся по изменению кислотного числа, достигшего в конце процесса 5,0-5,2 мгКОН/г у КТДА и 5,5-5,8 мгКОН/г у КТТА.

Продолжительность процессов получения КТДА и КТТА составила 4-5 часов. Температурно-временной режим синтеза КТДА представлен на рисунке 1. Параметры синтеза КТТА аналогичны приведенным на рисунке 1.

Синтезированные продукты при комнатной температуре представляют собой вязкие массы коричневого цвета. Строение полученного ПАВ подтверждается данными ИК-спектроскопии.

В данной работе ИК-спектры сняты в жидкой пленке между пластинами KBr на приборе SPECORD 75 IR в области 3800-700 см-1. Интерпретация спектров проводилась в соответствии с литературными данными [1].

Таким образом, данные ИК-спектроскопии подтвердили наличие характерных функциональных групп в синтезированных ПАВ. Диэтаноламид характеризуется первой и второй амидной полосой. В карбоксилатамине содержатся гидроксильные, карбоксильные, сложноэфирные группы.

Температурно-временной режим синтеза КТДА

Охлаждение

ч Т

Рис. 1 - Температурно-временной режим синтеза КТДА

В работе исследованы коллоидно-химические свойства КТДА и КТТА. Оценивались эмульгирующие, пенообразующие и другие свойства. Определялась температура помутнения водных растворов нПАВ при концентрации 1 г/дм3. Экспериментальные и расчетные данные по изучению свойств растворов КТДА и КТТА приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Свойства водных растворов КТДА и КТТА

Показатель Значение

КТДА КТТА

ГЛБ ККМ, моль/дм3 Температура помутнения водного раствора концентрацией 1,0 г/дм3, °С Кратность пены Устойчивость эмульсии в течение 2 часов pH 1% водного раствора 12,625 3,7-3,8*10-3 82,0 0,048 Устої 6,5-7,0 11,68 3,1-3,2*10-3 0,030 ічива 7-8

Степень адсорбции ПАВ на поверхности зависит от строения их молекул. Количественной характеристикой, обусловливающей области применения ПАВ, является соотношение между гидрофильной и гидрофобной частями, или гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ).

Существует взаимосвязь между точкой помутнения, значением ГЛБ и выбором определенного ПАВ для заданного применения.

Результаты расчетов ГЛБ для КТДА и КТТА показали, что синтезированные ПАВ могут применяться в качестве эмульгатора «масло в воде» и являются прозрачными дисперсиями, легкорастворимыми в воде [2].

Основным критерием оценки действия ПАВ является снижение поверхностного натяжения [3]. В работе измерение поверхностного натяжения исследуемых растворов проводили методом отрыва кольца. Построение графиков зависимости значений поверхностного натяжения от концентрации позволили определить точку ККМ - критическую концентрацию мицеллообразования. ККМ КТДА составляет 3,7-3,8*10-3 моль/дм3, ККМ КТТА - 3,1-3,2 *10-3 моль/дм3.

Практическое значение точки помутнения заключается в том, что устойчивость эмульсии, содержащей ПАВ в качестве эмульгатора, зависит от температуры ее приготовления. Температурный режим приготовления устойчивой эмульсии определяется точкой помутнения ПАВ. Температура приготовления эмульсии не должна быть выше точки помутнения раствора ПАВ.

Температура точки помутнения синтезированного КТДА в среднем составила 82 °С.

Способность к пенообразованию характеризуется кратностью пены - отношением объема пены к объему раствора ПАВ. Кратность пены составила 0,048 для КТДА и 0,030 для КТТА. Невысокое значение подтверждает наличие в синтезированных продуктах свойств нПАВ и кПАВ соответственно, в частности, относительно низкой пенообразующей способности.

Пеностабилизирующая способность характеризуется кинетической устойчивостью во времени.

Известно, что стабилизирующее и эмульгирующее действия ПАВ тесно связаны. От них, в конечном счете, зависит агрегативная устойчивость эмульсии, которая обычно характеризуется продолжительностью существования (времени жизни) отдельных капелек в контакте друг с другом или с межфазной поверхностью или же скоростью расслаивания эмульсии. Испытания полученных эмульсий на стабильность проводились путем разбавления их до 0,5% концентрации и энергичном встряхивании. Наблюдения в течение 2-х и более часов показали, что эмульсии не расслаиваются. Следовательно, полученные эмульсии стабильны.

Стабилизирующее действие ПАВ объясняется существованием различных натяжений между дисперсной фазой (маслом) и дисперсионной средой (водой) [4].

Таким образом, результаты изучения свойств синтезированных КТДА и КТТА подтверждают наличие в последних поверхностно-активных свойств: пенообразующих, смачивающих, эмульгирующих, стабилизирующих.

© Г. Г. Лутфуллина - канд. техн. наук, доц. каф. плазмохимических и нанотехнологий

высокомолекулярных материалов КГТУ, gulnaz777@bk.ru; Д. И. Ахметова - магистр КГТУ;

И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий

высокомолекулярных материалов КГТУ.