| 15.02.2009

سطح- المواد الفعالة التوتر السطحي- هذه مواد ممتصة على السطح البيني بين مرحلتين وتشكل طبقة عليها زيادة التركيز. ومع ذلك ، في المفهوم السطحي"عادةً ما تضع (المواد الخافضة للتوتر السطحي) معنى أضيق ، حيث تشير فقط إلى مجموعة المركبات العضوية ، التي يؤدي امتزازها من محاليلها ، حتى عند التركيزات المنخفضة جدًا ، إلى انخفاض حادالتوتر السطحي (السطحي) على واجهة المحلول مع الغاز (البخار) ، أو سائل آخر أو صلب. يستخدم مصطلح "التوتر السطحي" عادة فيما يتعلق بالواجهة بين الطور المكثف والغاز ، ويستخدم مصطلح "التوتر البيني" فيما يتعلق بالواجهة بين مرحلتين مكثفتين. إن تراكم وتوجيه جزيئات أو أيونات الفاعل بالسطح في طبقة الامتزاز هو نتيجة لطبيعتها البرمائية (ازدواجية الخصائص). يحتوي كل جزيء خافض للتوتر السطحي نموذجي على جزء محب للزيوت أو محبة للدهون (واحد أو أكثر من الجذور الهيدروكربونية) وشق محبة للماء (مجموعة قطبية واحدة أو أكثر). أولئك. يرجع النشاط السطحي للمواد الخافضة للتوتر السطحي المذابة في السوائل الهيدروكربونية إلى المجموعات المحبة للماء ، وتلك المذابة في الماء ناتجة عن الجذور الزيتية (كارهة للماء).

تصنيف الفاعل بالسطح

حسب نوع المجموعات المحبة للماء التوتر السطحياقسم على أيوني، أو أيونوجينيك، و غير أيوني، أو غير أيوني. تتفكك المواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية في المحلول إلى أيونات ، وبعضها له نشاط امتزاز ، في حين أن البعض الآخر (المضادات) لا ينشط الامتصاص. إذا كانت الأنيونات نشطة الامتصاص ، يتم استدعاء المواد الخافضة للتوتر السطحي. أنيوني أو أنيوني ، موجب أو موجب. تحتوي بعض المواد الخافضة للتوتر السطحي على مجموعات حمضية وقاعدية ؛ هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي لها خصائص مذبذبة، أسماؤهم. مذبذب ، أو مثبط للتوتر السطحي. لا تنفصل المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية إلى نونات عند الذوبان ؛ عادة ما تكون ناقلات الألفة المائية فيها عبارة عن مجموعات هيدروكسيل وسلاسل بولي جليكول بأطوال مختلفة.

هناك أيضا التوتر السطحي، حيث توجد ، إلى جانب المجموعات الذرية غير الأيونية المحبة للماء ، أيونية.
يتم تمييز المواد الخافضة للتوتر السطحي الفلوروكربونية في فئة منفصلة - مركبات مع استبدال كامل أو جزئي لذرات الهيدروجين في الجذور الكارهة للماء بواسطة ذرات الفلور. سجل تجاري. كيف يجب اعتبار مجموعة منفصلة من المواد الخافضة للتوتر السطحي عالية الجزيئية - البوليمرات النشيطة القابلة للذوبان في الماء بالامتصاص من الأنواع الأيونية (الإلكتروليتات) والأنواع غير الأيونية.
يمكن تقسيم جميع المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى فئتين وفقًا لنوع الأنظمة التي تشكلها عند التفاعل مع المذيب. تشتمل إحدى الفئات على مواد خافضة للتوتر السطحي مكونة للمذيلات (شبه غروية ، شبيهة بالصابون) ، بينما تشتمل الفئة الأخرى على مواد خافضة للتوتر السطحي لا تشكل الميلي. المواد الخافضة للتوتر السطحي من الفئة الأولى في محلول أعلى من تركيز "حرج" معين (محدد لكل مادة) من المذيلات ، أي الجزيئات أو الأيونات المرتبطة بعدد الجزيئات (الأيونات) من عدة عشرات إلى عدة مئات. تحت تركيز micelle الحرج (CMC) ، تكون المادة في حالة مذابة حقًا ، وفوق CMC ، في حالة مذابة حقًا وحالة micellar.
المذيلات الفاعل بالسطح في ديناميكا حرارية عكسية. التوازن مع الجزيئات عندما يتم تخفيف المحلول ، فإنها تتفكك ، وعندما يزداد التركيز ، فإنها تظهر مرة أخرى. عادة ، مثل هذه الحلول لها القدرة على الغسيل. لا تشكل PAPs من الفئة الثانية micelles سواء في المحاليل أو في طبقات الامتزاز. في أي تركيز ، هم في حالة مذابة حقًا.

التركيب الجزيئي وإنتاج المواد ذات النشاط السطحي (المواد الخافضة للتوتر السطحي)

خافضات التوتر السطحي الأيونية

المواد الأنيونية عظمالإنتاج العالمي للمواد الخافضة للتوتر السطحي. يمكن تقسيم المواد الخافضة للتوتر السطحي الصناعية من هذا النوع إلى ما يلي. المجموعات الرئيسية: الأحماض الكربوكسيلية وأملاحها (الصابون) ، كبريتات الألكيل (إسترات السلفو) ، سلفونات الألكيل وسلفونات أريل أريل ، منتجات أخرى.
في إنتاج الصابون والعديد من الأيونات والمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية ، يتم استخدام الأحماض الكربوكسيلية التي يتم الحصول عليها عن طريق التحلل المائي من الدهون النباتية والحيوانية والأحماض الدهنية الاصطناعية. من الأهمية الصناعية أيضًا الأحماض الدهنية والراتنجية للزيت الطويل - وهو منتج ثانوي لإنتاج السليلوز - مركبات صمغية من الصنوبري ، والتي يسود فيها مركب أبيتك.
الصابون (الصوديوم والبوتاسيوم والأمونيوم) له أهمية قصوى كمواد خافضة للتوتر السطحي من الأملاح أحادية الكربوكسيل. الدهنية إلى ر RCOOH ، حيث R عبارة عن جذور أليفاتية طبيعية مشبعة أو غير مشبعة تحتوي على 12-18 ذرة كربون ، والصابون (الصوديوم ، وغالبًا ما يكون البوتاسيوم) راتينج. من الأهمية العملية أيضًا أن تكون ثنائي الكربوكسيل بالنسبة لك ، على سبيل المثال. alkenylsuccinic ، الذي يتم الحصول عليه في الصناعة عن طريق تكثيف الهيدروكربونات غير المشبعة مع أنهيدريد المالئيك.
عادة ما يتم تصنيع كبريتات الألكيل عن طريق أسترة الكحوليات الدهنية العالية أو الأوليفينات ، متبوعًا بمعادلة أحماض الألكيل الكبريتيك الأولية أو الثانوية ، على التوالي.
Alkylarylsulfonates ، الفصل. arr. تشكل سلفونات أحادي وثنائي ألكيل بنزين ، وكذلك أحادي و ثنائي ألكيل نفتالين سلفونات ، غالبية المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية الاصطناعية.
عادة ما يتم الحصول على سلفونات الكيل من الهيدروكربونات المشبعة C12 - C18 الهيكل العادي، والتي تكون كبريتات كلور أو سلفوكسيد ، متبوعة بالتصبن أو تحييد المنتج.

السطحي الموجبة

يمكن تقسيم المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيوني إلى المجموعات الرئيسية التالية: الأمينات بدرجات مختلفة من الاستبدال وقواعد الأمونيوم الرباعية ، والقواعد الأخرى المحتوية على النيتروجين (الجوانيدين ، والهيدروسين ، والمركبات الحلقية غير المتجانسة ، وما إلى ذلك) ، والفوسفونيوم الرباعي وقواعد السلفونيوم الثالث.
المواد الخام للمواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيوني ذات الأهمية الاقتصادية هي الأمينات التي يتم الحصول عليها من الأحماض الدهنية والكحوليات والألكيلفينول. يتم تصنيع أملاح الأمونيوم الرباعية من هاليدات الألكيل طويلة السلسلة المقابلة عن طريق التفاعل مع الأمينات الثلاثية ، أو من الأمينات عن طريق الألكلة الكلورية ، أو بطرق أخرى من الكحوليات الاصطناعية والفينولات والمخاليط الفينولية.
ذات أهمية أكبر كمواد خافضة للتوتر السطحي الكاتيوني وكمنتجات أولية في تخليق المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية (انظر أدناه) ليست فقط أحادية ، ولكن أيضًا ديامين ، بولي أمينات ومشتقاتها.

خافضات التوتر السطحي Amphoteric

يمكن الحصول على المواد الخافضة للتوتر السطحي Amphoteric من أنيوني الفاعل بالسطح عن طريق إدخال مجموعات أمينية فيها أو من المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيوني عن طريق إدخال مواد خافضة للتوتر السطحي الحمضية يتم إنتاجها في الصناعة بكميات صغيرة ، ويتوسع استهلاكها ببطء.

السطحي غير الأيوني

هذه هي فئة الفاعل بالسطح الواعدة والأكثر تطورًا. يتم الحصول على ما لا يقل عن 80-90٪ من هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي عن طريق إضافة أكسيد الإيثيلين إلى الكحولات والألكيل فينول ، الأحماض الكربوكسيليةوالأمينات والمركبات الأخرى مع ذرات الهيدروجين التفاعلية. تعتبر إيثرات البولي أوكسي إيثيلين للألكيلفينول المجموعة الأكثر انتشارًا وانتشارًا من المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية ، بما في ذلك أكثر من مائة الأسماء التجاريةأفضل الأدوية المعروفة هي OP-4 و OP-7 و OP-10. المواد الخام النموذجية هي octyl- و ionyl- و dodecylphenols ؛ سجل تجاري. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الكريسولات وحمض الكريسوليك والنفثول وما إلى ذلك. إذا تم أخذ ألكيل فينول فردي في التفاعل ، منتج منتهيعبارة عن خليط من المواد الخافضة للتوتر السطحي الصيغة العامة RC6H4O (CH2O) mH ، حيث m هي درجة الهيدروكسي إيثيل اعتمادًا على النسبة المولية للمكونات الأولية.
يتم تصنيع إيثرات البولي أوكسي إيثيلين للأحماض الدهنية RCOO (CH2CH2O) mH عن طريق أكسجة الإيثيل المباشر من إلى t أو أسترة إلى t مع البولي إيثيلين جلايكول الذي تم الحصول عليه مسبقًا.
اكتسبت إيثرات البولي أوكسي إيثيلين للكحول RO (CH2CH2O) mH أهمية صناعية كبيرة ، حيث إنها قابلة بسهولة للمواد الكيميائية الحيوية. التحلل في الظروف الطبيعية. يتم الحصول عليها عن طريق الأكسجة للكحولات الدهنية الأعلى ، عن طريق تفاعل بروميد الألكيل مع ملح أحادي الصوديوم لبولي إيثيلين جلايكول ، وبطرق أخرى.
عادة ما يتم الحصول على إثيرات البولي أوكسي إيثيلين من المركابتان ، مثل الكحوليات ، عن طريق الأكسجة من ألكيل مركابتان من الدرجة الثالثة ، وكذلك مركبتان ألكيل الأولي وبعض مركابتان ألكيل بنزين.
تشكل مشتقات البولي أوكسي إيثيلين للألكيلامين مجموعة متنوعة للغاية من المواد الخافضة للتوتر السطحي ، وكثير منها متاح تجارياً. هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي ، كونها كاتيونية بطبيعتها ، تكتسب خصائص واضحة للمواد غير الأيونية مع زيادة طول سلسلة البولي أوكسي إيثيلين. تعتبر منتجات الأكسجين من الألكيلامين الأولي وثالث الألكيلامين و dehydroabietylamines الأكثر أهمية من الناحية العملية.
كما أنها تنتج منتجات تعتمد على البولي إيثيلين بوليامين ، على سبيل المثال. ثنائي إيثيلين ترينامين ، لكنها لا تستخدم على نطاق واسع. على المستوى الصناعي أو شبه الصناعي ، يتم إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الأليفاتية الثلاثية. RC الراديكالي (CH3) 2NH (CH2CH2O) mH يحتوي على 12-22 ذرة كربون ، و m = 1-25 ؛ بولي أوكسي إيثيلين ديهيدروابايتي أمين (ل مرتكز علىالصنوبري والزيت الطويل) ؛ مشتقات البولي أوكسي بروبيلين للأمينات - "البروبامين".
عادة ما يتم الحصول على Polyoxyethylenealkylamides عن طريق الأكسجة للأميدات أو تم الحصول عليها مسبقًا أحادي أو ثنائي إيثيلولاميدات من الأحماض الدهنية (لوريك ، نخيل ، الأوليك).
يتم الحصول على عدد من المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية على أساس الكحولات متعددة الذرات ، والتي تم استيرتها جزئيًا باستخدام الأحماض الدهنية. استخدم الكحوليات التي تحتوي على 2 إلى 6 مجموعات هيدروكسيل وخماسي إريثريتول ومتعدد الجلسرين والكربوهيدرات. أثناء عملية الأكسجة ، تتم إضافة سلاسل بولي أوكسي إيثيلين ذات أطوال مختلفة إلى مجموعات الهيدروكسيل الحرة لمنتج البداية.
هناك طريقة أخرى للحصول على المواد الخافضة للتوتر السطحي من الكحولات المتعددة الذرات وهي عملية الأكسجة بالأكسجين ثم الأسترة.
عملي تتزايد باستمرار أهمية كتلة البوليمرات المشتركة لأكسيد الإيثيلين وأكسيد البروبيلين كعامل خافض للتوتر السطحي. يتم الحصول عليها عن طريق البلمرة التدريجية ، باستخدام مركبات "بذرة" تحتوي على ذرات هيدروجين تفاعلية.
مركبات البدء أحادية الوظيفة لتركيب مثل هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي هي الكحولات أحادية الهيدروجين ، والأحماض ، والميركابتان ، والأمينات الثانوية ، والأميدات المستبدلة بـ N ، وما إلى ذلك. تعمل بقية المادة الأولية كجزء كاره للماء من الجزيء إذا كان يحتوي على أليفاتية طويلة بما فيه الكفاية. جذري ، وكتلة أكسيد البولي بروبلين
بالإضافة إلى pluronics التي تعتمد على مركب بدء وظيفي ، تُعرف المواد الخافضة للتوتر السطحي الأخرى ، مثل plurodates.
يمكن أن تكون المواد الأولية المكونة من ثلاث مجموعات وظيفية في تركيب كتل البوليمر المشترك الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية هي الجلسرين ، إلخ.
من المركبات الرباعية الوظيفية لتخليق المواد الخافضة للتوتر السطحي من البوليمر المشترك ، غالبًا ما تستخدم الأليفاتية. ثنائي الأمين الأساسي. الأكثر شهرة هي التيترونكس.
كتلة البوليمرات من أكاسيد الألكلين على أساس بنتاريثريتول ، دياتيلنتريامين ، هيكسيت (سوربيتول ومانيتول) ، السكروز ، إلخ.
السطحي غير الأيوني أنواع مختلفةتستخدم كمنتجات أولية للحصول على عدد من المواد الخافضة للتوتر السطحي. على أساس الأليفاتية إيثوكسيلات. تقوم الكحولات والألكيلفينول والمواد الأخرى التي تمت مناقشتها أعلاه بتوليف الكبريتات النشطة على السطح والفوسفات والكربوكسيلات ومركبات الأمونيوم الرباعية.
يمكن إضافة أكريلونيتريل إلى معظم منتجات إيثوكسيل ، متبوعًا بتحويل الأمين الناتج إلى قاعدة أمونيوم رباعي بالطرق التقليدية.
تشكل المواد الخافضة للتوتر السطحي المستبدلة بالفلور فئة واسعة من المركبات. العديد من المواد الفلورية الخافضة للتوتر السطحي أنواع مختلفةتم الحصول عليها على أساس فلوريد حمض البيرفلوروكربون والبيرفلوروسلفونيك حتى ر.
المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الوزن الجزيئي المرتفع - البوليمرات القابلة للذوبان الكربونية أو غير المتجانسة من النوع الأيوني أو غير الأيوني مع جزيء. وزنها من عدة آلاف إلى عدة مئات الآلاف. من بينها المركبات الطبيعية (البروتينات ، الجينات ، البكتين ، إلخ) ، المنتجات الكيميائية. معالجة البوليمرات الطبيعية (مثل مشتقات السليلوز) والاصطناعية. البوليمرات.
في بنية المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الوزن الجزيئي العالي ، يجب أن يكون هناك تمييز واضح بين المناطق المحبة للماء والمناطق الكارهة للماء. المواد الخافضة للتوتر السطحي هي بوليمرات مشتركة أو بوليمرات متجانسة ، حيث توجد سلاسل أو مجموعات جانبية محبة للماء على فترات معينة على طول سلسلة رئيسية طويلة كارهة للماء. الممثلون النموذجيون للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيوني لهذه المجموعة هم بولي أكريليك وبولي ميثاكريليك لك ، وأملاحهم ومشتقاتهم ، بالإضافة إلى البوليمرات المحتوية على الكربوكسيل على أساس كحول البولي فينيل ، بولي أكريلاميد ، بوليمرات مشتركة من أنهيدريد المالئيك مع مركبات أخرى غير مشبعة. يتم عرض النشاط السطحي بواسطة البوليمرات المسلفنة والكبريتية (البوليسترين ، كحول البولي فينيل ، متعدد كثافات الإيثوكسيل من ف ألكيل فينول مع الفورمالديهايد ، إلخ).
يتم الحصول على المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية الكاتيونية عن طريق إضافة الكلورو ميثيل ثم إضافة البوليسترين والبولي فينيل تولوين وبوليمرات الفينيل الأخرى. يعتبر النشاط السطحي لأملاح قواعد الأمونيوم البوليمرية الرباعية ، بما في ذلك أملاح البولي فينيل بيريدينيوم ، مرتفعًا بشكل خاص. للحصول على مواد خافضة للتوتر السطحي الأيونية عالية الجزيئية - محلول كهربائي متعدد قابل للذوبان - معظم الطرق ومنتجات البدء مناسبة ، تستخدم الجاودار في تخليق راتنجات التبادل الأيوني.
يمكن الحصول على المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية عالية الوزن الجزيئي عن طريق الأكسجة من أي بوليمر يحتوي على الهيدروكسيل أو مجموعات وظيفية أخرى مع ذرات الهيدروجين التفاعلية.

خصائص المواد النشطة السطح (السطحي)

يتم تقييم النشاط السطحي بشكل ملائم من خلال أكبر انخفاض في التوتر السطحي مقسومًا على التركيز المقابل - CMC في حالة المواد الخافضة للتوتر السطحي المكونة للميلي. نشاط السطح يتناسب عكسيا مع CMC:
يحدث تكوين المذيلات في نطاق تركيز ضيق ، والذي يصبح أضيق وأكثر تحديدًا مع استطالة الجذور الكارهة للماء.
أبسط مذيلات من المواد الخافضة للتوتر السطحي شبه الغروية ، على سبيل المثال. الأملاح الدهنية - t ، بتركيزات لا تزيد عن CMC ، لها شكل كروي.
تترافق زيادة تركيز المواد الخافضة للتوتر السطحي في مذيلات القياس المتباين مع زيادة حادة في اللزوجة الهيكلية ، مما يؤدي في بعض الحالات إلى تكوين الهلام ، أي الفقد الكامل للسيولة.
KKM هو تقني مهم. فهرس. يمكن تحديده بطرق مختلفة ، tk. في مجال CMC ، العديد من التغييرات الفيزيائية والكيميائية بشكل كبير أو أقل. تم العثور على خصائص نظام CMC من خلال التغيرات المميزة في التوتر السطحي ، تشتت الضوء ، التوصيل الكهربائي ، اللزوجة ، الانتشار ، الذوبان ، الخصائص الطيفية للمحلول ، إلخ.
GLB مشروط وتجريبي بحت. خاصية لا تدعي أنها عالمية.
تعتبر الفلوروتينيدات محددة للغاية في خصائصها ، ويتكون الجزء غير القطبي من جزيء rykh بواسطة سلاسل الفلوروكربون. بسبب التفاعل الضعيف بين الجزيئات ، فإن مركبات الكربون الفلورية منخفضة الوزن الجزيئي لها طاقة سطحية منخفضة للغاية.
من سمات المواد الخافضة للتوتر السطحي الفلوروكربونية - المركبات ذات الجذور الفلوروكربونية والهيدروكربونية - نشاط السطح العالي في المواد العضوية غير القطبية. السوائل ذات الطاقة السطحية المنخفضة. طبقة الامتزاز للمواد الخافضة للتوتر السطحي المشبعة بالفلور على سطح صلب ، والموجهة للخارج بواسطة جذور الفلوروكربون ، تقلل من التوتر السطحي المبلل الحرج إلى قيم أقل من التوتر السطحي لسوائل الهيدروكربون. وهذا يعني أن مثل هذا السطح لا يصبح كارهًا للماء فحسب ، بل يصبح أيضًا كارهًا للزيت ، أي غير مبلل بالزيوت والهيدروكربونات السائلة الأخرى. سلاسل الفلوروكربون ، بسبب الطاقة العالية للروابط بين الذرات (داخل الجزيئية) ، خاملة كيميائياً ومقاومة للحرارة.

استخدام المواد ذات النشاط السطحي (السطحي)

تم العثور على السطحي تطبيق واسعفي الصناعة ، في الزراعةوالطب والحياة. الإنتاج العالميتتزايد المواد الخافضة للتوتر السطحي كل عام ، وتتزايد باستمرار حصة المواد غير الأيونية في الناتج الإجمالي. تستخدم جميع أنواع المواد الخافضة للتوتر السطحي على نطاق واسع في تحضير واستخدام المواد التركيبية. البوليمرات. إن أهم مجال لاستهلاك المواد الخافضة للتوتر السطحي المكونة للميلي هو إنتاج البوليمرات عن طريق بلمرة المستحلب. يعتمد نوع وتركيز المواد الخافضة للتوتر السطحي (المستحضر) إلى حد كبير على التكنولوجيا. والفيزيائية والكيميائية. خصائص اللاتكس الناتج. تُستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي أيضًا في معالجة iolimerization المعلق. عادة ، يتم استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي عالية الجزيئية - البوليمرات القابلة للذوبان في الماء (كحول فوليفينيل ، ومشتقات السليلوز ، والمواد اللاصقة النباتية ، وما إلى ذلك). عن طريق خلط الورنيش أو تركيبات الزيت والراتنج السائلة بالماء في وجود المستحلبات ، يتم الحصول على المستحلبات المستخدمة في تصنيع البلاستيك وبدائل الجلد والمواد غير المنسوجة والأقمشة المشبعة والدهانات المنقولة بالماء ، إلخ.
في صناعة الدهانات والورنيشات والبلاستيك. تضاف المواد الخافضة للتوتر السطحي لتنظيم الانسيابية. مميزات.
تُستخدم مجموعة متنوعة من المواد الخافضة للتوتر السطحي للمعالجة السطحية للمواد الليفية (المنسوجة وغير المنسوجة) ومواد الأفلام (كعوامل مضادة للكهرباء الساكنة ، ومعدلات لمحاليل الغزل ، المنظفات. من بين المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة كطاردات للماء ، السليكون العضوي ومركبات الفلوروكربون هي الأكثر واعدة. هذا الأخير ، مع التوجيه المناسب للجزيئات في طبقة سطحيةقادرة على منع ترطيب المادة ليس فقط بالماء ، ولكن أيضًا بالسوائل الهيدروكربونية.
في إنتاج المطاط الإسفنجي والرغاوي ، تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي كمثبتات للرغوة.
مواد خافضة للتوتر السطحي عالية الوزن الجزيئي قابلة للذوبان في الماء ، بالإضافة إلى استخدامها في التقنيات المذكورة أعلاه. العمليات المستخدمة كمواد ندف في أنواع مختلفةمعالجة المياه. بمساعدتهم من الصرف الصحي والتكنولوجي. المياه ، وكذلك يشرب الماءإزالة الملوثات في التعليق.

لماذا تقوم بعض تركيبات الغسيل بغسل الأوساخ جيدًا ، حتى بدون إجراء ميكانيكي ، والبعض الآخر لا يغسل جيدًا أو لا يغسل على الإطلاق ، لماذا يشكل شامبو السيارة نفسه بقعًا على بعض السيارات ، ولكن ليس على البعض الآخر ، لماذا لا تعمل التركيبات التي تنظف جيدًا في موسكو حسنا في فولغوغراد؟ دعنا ننتقل إلى العلم. افتح أي دليل الكيمياء العضوية، قسم الفاعل بالسطح.

يحدث التفاعل الكهروستاتيكي في اتجاه معين لثنائيات أقطاب الجزيئات القطبية. جزيء به الخواص الكهربائيةيمكن اعتباره تقريبًا ثنائي القطب الكهربائي ، أي مجموعة من شحنتين نقطيتين متساويتين في الحجم ومعاكسة في الإشارة. نظرًا لحقيقة أن الشحنات ثنائية القطب تقع في نقاط مختلفة في الفضاء ، فإنها لا تعوض بعضها البعض في الشدة ويخلق كل منها مجالًا كهربائيًا خاصًا به. يتفاعل اثنان من ثنائيات الأقطاب الكهربية مع بعضهما البعض بقوة تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة للمسافة بينهما. هذا جدا نقطة مهمة، يجب الانتباه إلى هذا. في الجزيئات غير القطبية في مجال كهربائي خارجي ، تنشأ عزم ثنائي القطب مستحث وتصبح الجزيئات مستقطبة. نتيجة لذلك ، يحدث استقطاب أو تفاعل استقرائي. ويرجع ذلك أساسًا إلى التفاعلات المذكورة أعلاه التي تتشكل فيها قوى الالتصاق ، والتي تحدد قوة التصاق الأسطح ببعضها البعض.

بدأ في عام 1930 في ألمانيا. اليوم ، تحتل المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية المرتبة الثانية من حيث الإنتاج بعد المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية. في الولايات المتحدة ، يمثلون 25 ٪ من إجمالي إنتاج الفاعل بالسطح. هذا ما يفسر في المقام الأول من خلال خصائصها القيمة:

• عالي خصائص المنظفاتوالقدرة على الاحتفاظ بالملوثات في المحلول حتى بدون إضافات إضافية ؛
• المقاومة الكيميائية في الماء العسر ؛
• التوافق الجيد مع المكونات الإضافية لخليط الغسيل ؛
• ارتفاع معدل التحلل البيولوجي في مياه الصرف الصحي.

من بين أمور أخرى ، يرجع الاستخدام الواسع النطاق للمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية إلى حقيقة أن مجموعة متنوعة من المركبات العضوية ذات جذور ألكيل أو ألكيلاريل طويلة السلسلة ومجموعات وظيفية بها ذرة هيدروجين متحركة يمكن أن تعمل كمواد خام لإنتاجها. يتم إجراء تباين في خواص المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية عن طريق تغيير طول الجزء المضاد للماء أو المحب للماء من الجزيء دون تغيير كبير في التكنولوجيا.

في في الآونة الأخيرةبسبب القدرة المنخفضة للجراثيم ، على وجه الخصوص ، من مركبات الألكيلفينول المتآكسلة ، يتم تقليل إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية إلى حد ما. ومع ذلك ، يمكننا أن نتوقع في السنوات القادمة زيادة حادةتم إطلاقها بسبب التوسع في تطبيقها في مجال عمليات الاستخلاص المعزز للنفط.

تصنيف

إيصال

المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية هي مركبات تحتوي على جذور هيدروكربونية كارهة للماء ، من ناحية ، وجزء محب للماء من الجزيء ، والذي عادة ما يكون سلسلة متعددة الإيثوكسيد. لذلك ، يتم الحصول على المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية على أساس المواد التي تحتوي على جذور عطرية دهنية ودهنية مرتبطة بمجموعة وظيفية ، وأكسيد الإيثيلين. معروف الطرق التاليةالحصول على المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية:

1. الأحماض الدهنية RCOOH + nC 2 H 4 O → RCOO n H

2. الكحولات الأمينية HOC 2 H 4 NH 2 + nC 2 H 4 O → HOC 2 H 4 NHn H

3. الكحولات الدهنية ROH + nC 2 H 4 O → RO n H

4. مركبتان دهني RSH + nC 2 H 4 O → RS n H

5. Polyoxyethylated alkylphenols RC 6 H 4 OH + nC 2 H 4 O → RC 6 H 4 On H

في الصناعة ، الطريقة الدورية الأكثر استخدامًا في الإيثوكسيلين ، على الرغم من وجود منشآت تعمل عليها دائرة مستمرة. يتم إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية في عملية دفعية عند 130-180 درجة مئوية و 0.15-0.5 ميجا باسكال في وجود محفزات قلوية. يتم استخدام هيدروكسيد الصوديوم المسحوق ، وميثوكسيد البوتاسيوم المعدني للصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم الصلب كمحفزات. في عملية مستمرة ، يتم استخدام محفزات حمض BF 3.

الخصائص

لا تنفصل المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية إلى أيونات في الماء ، ولكنها تذوب فيه. ترجع قابلية الذوبان في الماء إلى تكوين روابط هيدروجينية بين ذرات الهيدروجين لجزيئات الماء وذرات الأكسجين في سلسلة البولي أوكسي إيثيلين:

مع زيادة درجة الحرارة ، تقل قابلية ذوبان المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية بسبب إضعاف الروابط الهيدروجينية وجفاف الجزيئات. يؤدي هذا إلى أن يصبح المحلول غائمًا ، وتعتمد درجة الحرارة التي يحدث فيها التعكر على عدد مجموعات أكسيد الإيثيلين. إذا احتوت المادة الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية على أكثر من 15 مجموعة من أكسيد الإيثيلين ، فإن قدرتها على الترطيب تكون كبيرة جدًا لدرجة أنها محاليل مائيةلا تصبح غائما حتى عند الغليان. مع انخفاض درجة الحرارة ، تكون المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية قادرة على الترطيب مرة أخرى والذوبان في الماء. لا تذوب المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية التي تحتوي على 3-4 مجموعات من أكسيد الإيثيلين عمليًا في الماء ، ولكنها تذوب جيدًا في الوسائط غير القطبية ، على سبيل المثال ، في الزيوت.

طلب

تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية على نطاق واسع في المقام الأول باعتبارها جيدة

الوكالة الفيدرالية للعلوم والتعليم

مؤسسة تعليمية حكومية

التعليم المهني العالي

"جامعة ولاية قازان التكنولوجية"

معهد نيجنكامسك للتكنولوجيا الكيميائية

قسم الكيمياء

التخصص 240401

« السطحي الغرواني»

أنجزت بواسطة: Zaripova Z.I. gr 1806

تحقق من: نورييفا إي.

نيجنكامسك 2011

مقدمة ……………………………………………………………………………………… 3

تصنيف المواد الخافضة للتوتر السطحي حسب المجموعات القطبية …………………………………… .4

المواد الخافضة للتوتر السطحي أنيونية ………………………………………………………………………… .6

المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية ……………………………………………………………………………………. 13

المواد الخافضة للتوتر السطحي الموجبة ……………………………………………………………… ... 18

Zwitter - المواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية ……………………………………………………… ... 22

امتصاص الفاعل بالسطح عند حدود الطور البيني …………………………………… .25

خافضات التوتر السطحي الطبيعية ………………………………………………………………… .. 26

التأثير الجلدي للمواد الخافضة للتوتر السطحي ………………………………………………؛ 27

تأثير المواد الخافضة للتوتر السطحي على البيئة ........................................... 30

التحلل البيولوجي ………………………………………………………………… 31

تعليم الفاعل بالسطح …………………………………………………………………… 32

حماية البيئة …………………………………………………… ... 33

التطبيق في الحياة اليومية ……………………………………………………………… .. 33

القائمة الببليوجرافية ……………………………………………………………………… 34

مقدمة

المواد الخافضة للتوتر السطحي ، المواد التي يمكن أن تتراكم (تتكاثف) على سطح التلامس لجسمين ، تسمى الواجهة ، أو السطح البيني. على السطح البيني للمادة الخافضة للتوتر السطحي. تشكل طبقة من التركيز المتزايد - طبقة الامتزاز. أي مادة كمكون محلول سائلأو الغاز (البخار) في ظل الظروف المناسبة يمكن أن يُظهر نشاطًا سطحيًا ، أي يتم امتصاصه تحت تأثير القوى بين الجزيئات على سطح معين ، مما يقلل من طاقته الحرة. ومع ذلك ، فإن هذه المواد فقط هي التي تسمى عادةً السطح النشط ، حيث يؤدي امتصاصها من المحاليل الموجودة بالفعل بتركيزات منخفضة جدًا (أعشار ومئات من٪) إلى انخفاض حاد في التوتر السطحي.

المواد الخافضة للتوتر السطحي النموذجية هي مركبات عضوية ذات بنية برمائية ، أي تحتوي على مجموعات ذرية في الجزيء ، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا في شدة التفاعل مع البيئة (في الحالة الأكثر أهمية عمليًا ، الماء). لذلك ، يوجد في جزيئات الفاعل بالسطح واحد أو أكثر من الجذور الهيدروكربونية التي تشكل الجزء الأوليو أو المحب للدهون (وهو أيضًا الجزء الكاره للماء من الجزيء) ، ومجموعة واحدة أو أكثر من المجموعات القطبية - الجزء المحب للماء. تحدد المجموعات الزيتية (الكارهة للماء) التي تتفاعل بشكل ضعيف مع الماء ميل الجزيء للانتقال من وسط مائي (قطبي) إلى وسيط هيدروكربوني (غير قطبي). على العكس من ذلك ، تحافظ المجموعات المحبة للماء على الجزيء في بيئة قطبية أو ، إذا كان جزيء الفاعل بالسطح في سائل هيدروكربوني ، تحدد ميله إلى الانتقال إلى بيئة قطبية. وبالتالي ، فإن النشاط السطحي للمواد الخافضة للتوتر السطحي المذابة في السوائل غير القطبية ناتج عن المجموعات المحبة للماء ، وتلك المذابة في الماء ناتجة عن الجذور الكارهة للماء.

تصنيف المواد الخافضة للتوتر السطحي حسب المجموعات القطبية

يعتمد التصنيف الأول للمواد الخافضة للتوتر السطحي على شحنة المجموعة القطبية. من المقبول عمومًا تقسيم المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى أنيوني ، وكاتيوني ، وغير أيوني ، و zwitterionic. تحتوي جزيئات المواد الخافضة للتوتر السطحي المدرجة في المجموعة الأخيرة ، في ظل الظروف العادية ، على كلتا الشحنتين: أنيوني وكاتيوني. في الأدبيات ، غالبًا ما يشار إليها باسم الفاعل بالسطح "مذبذب" ، ولكن هذا المصطلح ليس دائمًا صحيحًا ولا يجب استخدامه كمرادف لمصطلح الفاعل بالسطح "zwitterionic". الفاعل بالسطح مذبذب هو مادة يمكن أن تكون كاتيوني أو زويتيريوني أو أنيوني ، اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني للمحلول. مثال جيد على مذبذب المواد العضويةهي أحماض أمينية بسيطة. معظم ما يسمى خافضات التوتر السطحي zwitterionic لها خصائص مماثلة. ومع ذلك ، فإن بعض المواد الخافضة للتوتر السطحي zwitterionic تحتفظ بأحد شحناتها على نطاق واسع من الأس الهيدروجيني ، مثل المركبات التي تحتوي على مجموعة الأمونيوم الكاتيونية الرباعية. وبالتالي ، فإن الفاعل بالسطح الذي يحتوي على مجموعات الكربوكسيل والأمونيوم الرباعي سيكون zwitterionic حتى قيم منخفضةالرقم الهيدروجيني ، ولكن لن يكون مذبذبًا.

معظم المواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية أحادية التكافؤ ، ولكن هناك أيضًا ممثلين مهمين لمواد خافضة للتوتر السطحي أنيونية ثنائية التكافؤ. تتأثر الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية بطبيعة المضاد. في معظم الحالات ، تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية أيون الصوديوم كمضاد ، بينما تستخدم الكاتيونات الأخرى ، مثل الليثيوم أو البوتاسيوم أو الكالسيوم أو أيونات الأمين البروتونية ، على هذا النحو فقط لأغراض خاصة. عادة ما تكون مضادات الفاعل بالسطح الكاتيوني أيونات الهاليد أو أيونات كبريتات الميثيل.

عادة ما يتم تمثيل المجموعات الكارهة للماء من المواد الخافضة للتوتر السطحي بواسطة جذور الهيدروكربون ، وكذلك مجموعات بولي دايميثيل سيلوكسان أو الفلوروكربون. تعتبر المواد الخافضة للتوتر السطحي من النوعين الأخيرين فعالة بشكل خاص في الوسائط غير المائية.

بالنسبة لعدد قليل من المواد الخافضة للتوتر السطحي ، هناك بعض عدم اليقين في التصنيف. على سبيل المثال ، يُشار أحيانًا إلى المواد الخافضة للتوتر السطحي التي تحتوي على أكاسيد الأمين على أنها zwitterionic ، وأحيانًا كاتيوني ، وحتى على أنها مواد خافضة للتوتر السطحي غير أيونية. تعتمد شحنة جزيئات هذه المواد على الرقم الهيدروجيني للمرحلة المائية ؛ يمكننا أن نفترض أنها في الحالة المحايدة تحمل شحنة أنيونية وكاتيونية أو جزيئات ثنائية القطب غير أيونية. يمكن تضمين الأمينات الدهنية المؤكسلة التي تحتوي على ذرة نيتروجين أميني وسلسلة بولي أوكسي إيثيلين في فئة المواد الخافضة للتوتر السطحي الموجبة أو غير الأيونية. يسود الطابع غير الأيوني لمثل هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي في حالة سلاسل البولي أوكسي إيثيلين الطويلة جدًا ، بينما في الأطوال القصيرة أو المتوسطة لسلاسل البولي أوكسي إيثيلين ، تتوافق الخصائص الفيزيائية والكيميائية ، كقاعدة عامة ، مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية. المواد الخافضة للتوتر السطحي التي تحتوي على مجموعة أنيونية في الجزيء ، مثل سلاسل الكبريتات أو الفوسفات أو الكربوكسيل ، وسلاسل البولي أوكسي إيثيلين شائعة جدًا أيضًا. عادةً ما تحتوي هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي ، مثل الكبريتات ، وما إلى ذلك ، على سلاسل قصيرة من البولي أوكسي إيثيلين ، وبالتالي تعتبر دائمًا مواد خافضة للتوتر السطحي أنيونية.