Overfladeaktive stoffer har en polær (asymmetrisk) molekylær struktur, er i stand til at adsorbere ved grænsefladen mellem to medier og reducere systemets frie overfladeenergi. Ganske mindre tilsætninger af overfladeaktive stoffer kan ændre partiklernes overfladeegenskaber og give materialet nye kvaliteter. Virkningen af ​​overfladeaktive stoffer er baseret på fænomenet adsorption, som samtidig fører til en eller to modsatte effekter: et fald i interaktionen mellem partikler og stabilisering af grænsefladen mellem dem på grund af dannelsen af ​​et grænsefladelag. De fleste overfladeaktive stoffer er karakteriseret ved en lineær struktur af molekyler, hvis længde væsentligt overstiger de tværgående dimensioner (fig. 15). Molekylærradikaler består af grupper, der i deres egenskaber er beslægtede med opløsningsmiddelmolekyler, og af funktionelle grupper med egenskaber, der er skarpt forskellige fra dem. Disse er polære hydrofile grupper, har udtalte valensbindinger og har en vis effekt på befugtning, smøring og andre handlinger forbundet med begrebet overfladeaktivitet . I dette tilfælde falder lageret af fri energi med frigivelsen af ​​varme som følge af adsorption. Hydrofile grupper i enderne af ikke-polære carbonhydridkæder kan være hydroxyl - OH, carboxyl - COOH, amino - NH 2, sulfo - SO og andre stærkt interagerende grupper. Funktionelle grupper er hydrofobe carbonhydridradikaler karakteriseret ved sekundære valensbindinger. Hydrofobe interaktioner eksisterer uafhængigt af intermolekylære kræfter, idet de er en yderligere faktor, der bidrager til konvergensen, "klæber sammen" af ikke-polære grupper eller molekyler. Det monomolekylære adsorptionslag af overfladeaktive molekyler er orienteret af de frie ender af kulbrintekæder fra

overfladen af ​​partiklerne og gør den ikke-fugtig, hydrofob.

Effektiviteten af ​​et bestemt overfladeaktivt additiv afhænger af materialets fysisk-kemiske egenskaber. Et overfladeaktivt stof, der har en effekt i et kemisk system, har muligvis ingen virkning eller den modsatte effekt i et andet. I dette tilfælde er koncentrationen af ​​overfladeaktivt stof meget vigtig, hvilket bestemmer graden af ​​mætning af adsorptionslaget. Nogle gange udviser højmolekylære forbindelser en virkning, der ligner overfladeaktive stoffer, selvom de ikke ændrer overfladespændingen af ​​vand, såsom polyvinylalkohol, cellulosederivater, stivelse og endda biopolymerer (proteinforbindelser). Effekten af ​​overfladeaktive stoffer kan udøves af elektrolytter og stoffer, der er uopløselige i vand. Derfor er det meget svært at definere begrebet "overfladeaktivt middel". I bred forstand refererer dette begreb til ethvert stof, der ikke er det store mængderændrer det dispergerede systems overfladeegenskaber væsentligt.

Klassificeringen af ​​overfladeaktive stoffer er meget forskelligartet og i nogle tilfælde modstridende. Der er gjort flere forsøg på at klassificere efter forskellige kriterier. Ifølge Rebinder er alle overfladeaktive stoffer opdelt i fire grupper efter virkningsmekanismen:

- befugtningsmidler, skumdæmpende midler og skummidler, dvs. aktive ved væske-gas-grænsefladen. De kan reducere vandets overfladespænding fra 0,07 til 0,03-0,05 J/m2;

– dispergeringsmidler, peptiseringsmidler;

– stabilisatorer, adsorptionsblødgørere og fortyndere (viskositetsreducerende midler);

- vaskemidler, der har alle overfladeaktive stoffers egenskaber.

I udlandet er klassificeringen af ​​overfladeaktive stoffer efter deres funktionelle formål meget brugt: fortyndere, befugtningsmidler, dispergeringsmidler, deflokkuleringsmidler, skummidler og skumdæmpende midler, emulgatorer og stabilisatorer af dispergerede systemer. Bindemidler, blødgørere og smøremidler frigives også.

I henhold til den kemiske struktur klassificeres overfladeaktive stoffer afhængigt af arten af ​​hydrofile grupper og hydrofobe radikaler. Radikaler er opdelt i to grupper - ioniske og ikke-ioniske, den første kan være anionisk og kationisk.

Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer indeholder ikke-ioniserbare endegrupper med høj affinitet for dispersionsmediet (vand), som sædvanligvis omfatter oxygen-, nitrogen- og svovlatomer. Anioniske overfladeaktive stoffer er forbindelser, hvori en lang kulbrintekæde af molekyler med lav affinitet til dispersionsmediet er en del af anionen dannet i en vandig opløsning. For eksempel er COOH en carboxylgruppe, SO3H er en sulfogruppe, OSO3H er en ethergruppe, H2SO4 osv. Anioniske overfladeaktive stoffer omfatter salte carboxylsyrer alkylsulfater, alkylsulfonater osv. Kationiske midler danner kationer indeholdende et langt carbonhydridradikal i vandige opløsninger. Eksempelvis 1-, 2-, 3- og 4-substitueret ammonium osv. Eksempler på sådanne stoffer kan være aminsalte, ammoniumbaser osv. Nogle gange skelnes der fra en tredje gruppe af overfladeaktive stoffer, som omfatter amfotere elektrolytter og amfolytiske stoffer. som afhængigt af arten af ​​den dispergerede fase kan udvise både sure og basiske egenskaber. Amfolytter er uopløselige i vand, men aktive i ikke-vandige medier, såsom oliesyre i kulbrinter.

Japanske forskere foreslår en klassificering af overfladeaktive stoffer efter deres fysisk-kemiske egenskaber: molekylvægt, molekylær struktur, kemisk aktivitet osv. Gel-lignende skaller på faste partikler, der opstår på grund af overfladeaktive stoffer som et resultat af forskellige orienteringer af polære og ikke-polære grupper kan forårsage forskellige effekter: flydende; stabilisering; spredning; skumdæmpning; bindende, blødgørende og smørende virkning.

Et overfladeaktivt stof har kun en positiv effekt ved en vis koncentration. Der er meget forskellige meninger om spørgsmålet om den optimale mængde overfladeaktive stoffer, der skal introduceres. P. A. Rebinder påpeger, at for partikler

1–10 µm, skal den nødvendige mængde overfladeaktivt stof være 0,1–0,5 %. Andre kilder giver værdier på 0,05-1% eller mere for forskellig finhed. For ferriter blev det fundet, at for dannelsen af ​​et monomolekylært lag under tørformaling af overfladeaktive stoffer er det nødvendigt at tage med en hastighed på 0,25 mg pr. 1 m 2 af den specifikke overflade af det oprindelige produkt; til vådslibning - 0,15-0,20 mg / m 2. Praksis viser, at koncentrationen af ​​overfladeaktive stoffer i hvert enkelt tilfælde bør vælges eksperimentelt.

I teknologien til keramiske SEM'er kan der skelnes mellem fire anvendelsesområder for overfladeaktive stoffer, som gør det muligt at intensivere fysiske og kemiske ændringer og transformationer i materialer og kontrollere dem under syntesen:

– intensivering af processerne med finformaling af pulvere for at øge spredningen af ​​materialet og reducere formalingstiden, når den specificerede dispersion er opnået;

– regulering af egenskaberne ved fysiske og kemiske dispergeringssystemer (suspensioner, opslæmninger, pastaer) i teknologiske processer. Her er processerne med fortætning (eller et fald i viskositet med en stigning i fluiditet uden et fald i fugtindhold), stabilisering af rheologiske egenskaber, afskumning i dispergerede systemer osv. vigtige;

– kontrol af flammedannelsesprocesser ved sprøjtning af suspensioner efter opnåelse af de specificerede dimensioner, form og spredning af sprøjtefanen;

- en stigning i plasticiteten af ​​støbemasser, især dem, der opnås under påvirkning af forhøjede temperaturer, og tætheden af ​​fremstillede emner som følge af indførelsen af ​​et kompleks af bindemidler, blødgøringsmidler og smøremidler.

Overfladeaktive stoffer er forbindelser, der påvirker mængden af ​​overfladespænding. I processen med interaktion mellem flydende molekyler dannes sammenhængende kræfter mellem dem. Denne kraft vil være forskellig i overfladen og de indre (dybe) lag. I betragtning af væskens tilstand er det let at fastslå, at de partikler, der ledes ind i systemet, med forskellige partier omgivet af de samme molekyler, som påvirker dem. Resultatet af alle kræfter, der virker på et sådant molekyle, er nul. Derfor har væsker det mindste overfladeareal for et givet volumen. Dette kommer tydeligt til udtryk i dråbernes sfæriske form. Tilstedeværelsen af ​​urenheder af forskellige forbindelser i væsker bestemmer størrelsen af ​​overfladespændingen.

Strukturen af ​​overfladeaktive molekyler

Partikler fedtsyrer og alkoholer består af to dele, der har forskellige egenskaber derfor kaldes disse forbindelser meget ofte amfifile strukturer. Den ene del af molekylet er repræsenteret af en carbonhydridkæde, og den anden af ​​forskellige funktionelle grupper (aminogruppe, hydroxyl, carboxyl, sulfogruppe). Jo længere kulbrintekæden er, jo stærkere vil partiklerne blive udtrykt, jo svagere vil de interagere med vand.

Overfladeaktive stoffer (overfladeaktive stoffer) organisk oprindelse: proteiner, sæber, alkoholer, ketoner, aldehyder, tanniner, ketoner osv. Overfladeinaktive stoffer påvirker ikke overfladespændingen (stivelse, glucose, fruktose).

Nonioniske overfladeaktive stoffer (NSA) er bioforbindelser med høj molekylvægt, som ikke danner ioner i vand. Disse stoffer kommer ind i reservoirerne sammen med industrielle (kemiske, tekstil-, husholdnings- (brug af forskellige husholdnings-) spildevand samt med affald fra landbrugsjord (herbicider, fungicider, insekticider samt folios som emulgatorer).

Overfladeaktive stoffer: skade og fordel

Overfladespænding er af stor betydning for absorptionsprocesserne i tarmen. For eksempel kommer fedtstoffer såvel som lipider ind i fordøjelseskanalen i form af dråber. Sidstnævnte emulgeres til tyndtarm med hjælp galdesyrer. Først derefter hydrolyseres disse fedtstoffer af lipolytiske enzymer. Sæber (overfladeaktive stoffer) tilsættes ofte til insekticider for at øge effektiviteten. Manipulationen gør det muligt for insekticider at interagere bedre med overfladen af ​​kroppen af ​​insekter. Men overfladeaktive stoffer har ikke kun positive, men også dårlig indflydelse på kroppen. For eksempel indeholder shampoo meget skadelige skummende midler (overfladeaktive stoffer), såsom natrium- og ammoniumlaurylsulfat, ammonium- og natriumlaurethsulfat. Der er en opfattelse af, at disse komponenter har en kræftfremkaldende effekt.

Overfladeaktive stoffer (overfladeaktivt middel) - kemiske forbindelser, som, koncentreret om fasegrænsefladen, forårsager et fald overfladespænding.

Den vigtigste kvantitative egenskab ved overfladeaktive stoffer er overfladeaktivitet - et stofs evne til at reducere overfladespænding ved grænsefladen er derivatet af overfladespænding med hensyn til overfladeaktivt stofkoncentration, da C har tendens til nul. SAW har dog en grænse opløselighed(den såkaldte kritisk koncentration micellisering eller CMC), hvorved koncentrationen ved fasegrænsen forbliver konstant, når et overfladeaktivt middel tilsættes opløsningen, men samtidig selvorganisering overfladeaktive molekyler i volumen løsning(micelledannelse eller aggregering). Som et resultat af denne aggregering dannes såkaldte miceller. kendetegn Micelledannelse er turbiditeten af ​​den overfladeaktive opløsning. Vandige opløsninger af overfladeaktive stoffer får under micellisering også en blålig farvetone (gelatinøs farvetone) pga. lysets brydning miceller.

• Metoder til at bestemme CMC:

1. Overfladespændingsmetode
2. Metode til måling af kontaktvinklen med TV. eller væskeoverflade (kontaktvinkel)
3. Spindrop/Spindrop metode

Overfladeaktiv struktur

Klassificering af overfladeaktive stoffer

• Ioniske overfladeaktive stoffer
  • Kationiske overfladeaktive stoffer
  • Anioniske overfladeaktive stoffer
• Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer
  • Alkylpolyglukosider
  • Alkylpolyethoxylater

Effekt af overfladeaktive stoffer på økologi

Overfladeaktive stoffer opdeles i dem, der hurtigt ødelægges i miljøet, og dem, der ikke ødelægges og kan ophobes i organismer i uacceptable koncentrationer. En af de vigtigste negative virkninger af overfladeaktive stoffer i miljøet er et fald overfladespænding. For eksempel i havet fører en ændring i overfladespænding til et fald i retentionsindekset CO2 i en vandmasse. Kun få overfladeaktive stoffer anses for sikre (alkylpolyglukosider), da deres nedbrydningsprodukter er det kulhydrater. Men hvornår adsorption Overfladeaktive stoffer på overfladen af ​​jord / sand partikler, graden / hastigheden af ​​deres nedbrydning reduceres mange gange. Da næsten alle overfladeaktive stoffer anvendes i industrien og husstand, har positiv adsorption på partikler af jord, sand, ler, med normale forhold de kan frigive (desorbere) ioner tungmetaller holdes af disse partikler, og derved øge risikoen for, at disse stoffer trænger ind i menneskekroppen.

Overfladeaktive stoffer i havene

Ifølge nogle rapporter øger overfladeaktive stoffer, adsorberet på overfladen af ​​vand i reservoirer, absorptionen af ​​radarsignalbølger. Radarer og satellitter er med andre ord dårligere til at fange signalet fra undervandsobjekter i vandområder med en vis koncentration af overfladeaktive stoffer.

Anvendelsesområder

• Rengøringsmidler. Hovedanvendelsen af ​​overfladeaktive stoffer er som aktiv komponent rengøringsmidler og rengøringsmidler, sæbe, til at passe lokaler, service, tøj, ting, biler osv. I 2007 blev der produceret mere end 1 million tons syntetiske vaskemidler i Rusland, hovedsageligt vaskepulver.
• Kosmetik. Hovedanvendelsen af ​​overfladeaktive stoffer i kosmetik er shampoo, hvor indholdet af overfladeaktive stoffer kan nå op på ti procent af det samlede volumen. Overfladeaktive stoffer bruges også i små mængder i tandpasta, lotion, tonics og andre produkter.
• Tekstilindustrien. Overfladeaktive stoffer bruges hovedsageligt til at fjerne statisk elektricitet på syntetiske fibre.
• læderindustrien. Beskyttelse af læderprodukter mod let skade og klæbning.
• Maling industri. Overfladeaktive stoffer bruges til at reducere overfladespænding, som sikrer let indtrængning af malingsmaterialet i små fordybninger på overfladen, der skal behandles og deres fyldning, mens der fortrænges et andet stof (f.eks. vand) derfra.
• Papirindustrien. Overfladeaktive stoffer bruges til at adskille blæk og kogt cellulose ved genbrug af brugt papir. Overfladeaktive molekyler adsorberet på den pigment blæk. Pigmentet bliver hydrofobt. Dernæst ledes luften gennem en opløsning af pigment og cellulose. Luftbobler adsorberes på den hydrofobe del af det overfladeaktive stof, og partikler af blækpigmentet flyder til overfladen. Cm. flotation.
• Metallurgi. Overfladeaktive emulsioner bruges til at smøre valseværker. Reducer friktionen. Modstå høje temperaturer hvorved olien brænder.
• Plantebeskyttelse. Overfladeaktive stoffer er meget udbredt i agronomi og landbrug at danne emulsioner. De bruges til at øge effektiviteten af ​​transport af næringsstoffer til planter gennem membranvægge.
• Fødevareindustri. Det overfladeaktive middel bruges i is, chokolade, flødeskum og dressinger til salater og andre retter.
• Olieproduktion. Overfladeaktive stoffer bruges til at hydrofobere bundhulsdannelseszonen (BFZ) for at øge olieudvindingen.

se også

Wikimedia Foundation. 2010 .

Se, hvad "Surfactant" er i andre ordbøger:

OVERFLADEAKTIVT STOF, et stof, der sænker OVERFLADESPÆNDINGEN af det OPLØSNINGSMIDDEL, hvori det er opløst. I vand fungerer f.eks. VASKEMIDLER og SÆBER som overfladeaktive stoffer. Deres molekyler fokuserer på... ... Videnskabelig og teknisk encyklopædisk ordbog

overfladeaktivt stof- Overfladeaktivt stof, der er i stand til at blive adsorberet på fasegrænsefladen med et tilsvarende fald i deres overfladespænding. Bemærk Som en del af magnetiske suspensioner anvendes korrosionsinhibitorer, skumdæmpende midler, stabilisatorer, befugtningsmidler og andre ...

overfladeaktivt stof- 3.19 overfladisk aktivt stof: Mineralske eller organiske tilsætningsstoffer indført i blandingen for at øge bindemidlets vedhæftning til overfladen af ​​stenmaterialet eller for at kontrollere dannelsesprocesserne i blandingen. Kilde … Ordbogsopslagsbog med vilkår for normativ og teknisk dokumentation

Surfactant term Engelsk term surfactant Surfactant synonymer Forkortelser Tilknyttede termer amfotert overfladeaktivt middel, hydrofob interaktion, dispersion, kolloid kemi, kritisk micellekoncentration, … … encyklopædisk ordbog nanoteknologi

overfladeaktivt stof- aktyvioji paviršiaus medžiaga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiaga, kuri įterpta į skysčio ar kietojo kūno paviršių sumažina to paviršiaus įtemptį. atitikmenys: engl. overfladeaktivt stof; overfladeaktivt stof vok.… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

overfladeaktivt stof- paviršinio aktyvumo medžiaga statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiaga, kuri adsorbuojasi fazių sąlytyje ir sumažina paviršiaus įtemptį. santrumpa(os) PAM atitikmenys: engl. overfladeaktivt stof; overfladeaktivt middel overfladisk aktiv ...... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

overfladeaktivt stof- aktyvioji paviršiaus medžiaga statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. overfladeaktivt stof; overfladeaktivt middel vok. grenzflächenaktiver Stoff, m; oberflächenaktiver Stoff, m; Tensid, n rus. overfladeaktivt middel, n pranc. agent tensio… … Fizikos terminų žodynas

Et stof, der er i stand til at blive adsorberet på en fasegrænseflade (f.eks. væske og gas) og sænke dets overfladespænding; P. a. i. bruges for eksempel som rengøringsmidler til fremstilling af vandige dispersioner ... Stor medicinsk ordbog

lavtskummende overfladeaktivt stof- — Emner olie- og gasindustrien EN lavtskummende overfladeaktivt stof … Teknisk oversætterhåndbog

Se Antiatelektisk faktor... Stor medicinsk ordbog

Kursusarbejde

Kemi af overfladeaktive stoffer

Adsorption af overfladeaktive stoffer ved grænseflader

Overfladeaktive stoffer er karakteriseret ved en udtalt evne til at adsorbere på overflader og ved grænseflader. Udtrykket "grænseflade" er sædvanligvis refereret til grænsen mellem to ublandbare faser, udtrykket "overflade" angiver, at en af ​​faserne er en gas, sædvanligvis luft. Der er således fem forskellige grænseflader:

fast - damp

fast - flydende

solid - solid

væske - væske

Drivkraften for adsorption af overfladeaktive stoffer på overflader og ved grænseflader er faldet i grænsefladens frie energi. Den frie grænsefladeenergi pr. arealenhed er lig med det arbejde, der skal udføres for at øge overfladen. I stedet for udtrykket "grænsefladefri energi pr. arealenhed" bruges ofte udtrykket "grænsefladespænding". Vandets overfladespænding svarer således til den specifikke frie energi på grænsen mellem vand og luft. Hvis overfladen er dækket af overfladeaktive molekyler, falder overfladespændingen. Jo tættere pakningen af ​​overfladeaktive molekyler på overfladen er, jo større fald i overfladespændingen.

Overfladeaktive stoffer kan adsorbere ved enhver af de fem grænseflader, der er anført ovenfor. Eksempler på forskellige interfasegrænser og systemer, hvor sådanne grænser spiller vigtig rolle, er angivet i tabel. en.

I mange sammensatte produkter er flere typer grænsefladegrænser til stede på samme tid. Eksempler er vandbaserede malinger og papirfarver. Fra synspunkt kolloid kemi de er ekstremt komplekse systemer, hvor der er begge interfase grænser fast-væske og væske-væske. Derudover observeres ofte skumdannelse med udseendet af væske-gas-grænsefladen på tidspunktet for anvendelsen af ​​disse systemer. Alle grænseflader er stabiliseret af overfladeaktive stoffer, og den samlede grænsefladeoverflade er enorm. Grænsefladegrænser olie-vand og fast krop - vand eksisterende i en liter maling, kan du dække overfladen af ​​flere fodboldbaner.

Tendensen hos overfladeaktive stoffer til at akkumulere ved interfasegrænser er deres grundlæggende egenskab. I princippet gælder det, at jo stærkere denne evne er, jo højere er effektiviteten af ​​det overfladeaktive middel. Graden af ​​overfladeaktivt stofkoncentration på overfladen afhænger af strukturen af ​​deres molekyler og af arten af ​​kontaktfaserne. Derfor er der ikke noget universelt effektivt overfladeaktivt middel, der er egnet til alle systemer. Valget af et passende overfladeaktivt middel bestemmes af de funktioner, det skal udføre i et givet system. Et effektivt overfladeaktivt middel bør have lav opløselighed i flydende faser. Nogle overfladeaktive stoffer er uopløselige i vand og i ikke-polære væsker og er kun lokaliseret ved interfasegrænser. Sådanne stoffer er svære at arbejde med, men de er meget effektive til at reducere grænsefladespændinger.

Et overfladeaktivt middel er i stand til at reducere overflade- eller grænsefladespændingen op til en vis grænse. Typisk nås denne grænse, når micelledannelsen begynder i opløsningen. Ud fra dataene i tabellen. 2 viser, hvor effektivt overfladeaktive stoffer reducerer overflade- og grænsefladespænding. De angivne værdier for overfladespænding og grænsefladespænding er typiske for konventionelle milde flydende rengøringsmidler. Ved særligt at udvælge overfladeaktive stoffer er det muligt at opnå ultra-lav grænsefladespænding, dvs. værdier af størrelsesordenen 10 -3 mN/m eller mindre. Et eksempel på systemer med ultra-lav grænsefladespænding er et trefaset system bestående af en mikroemulsion i ligevægt med et overskud af vand- og oliefaser. Mikroemulsioner er af interesse for øget olieudvinding.

Tabel 2. Typiske værdier for overflade- og grænsefladespænding

Aggregering af overfladeaktive stoffer i opløsning

Som nævnt ovenfor er den grundlæggende egenskab ved overfladeaktive stoffer evnen til at blive adsorberet ved interfasegrænser. En anden vigtig egenskab ved overfladeaktive stoffer er, at deres molekyler har tendens til at danne aggregater - de såkaldte miceller. Frie eller ikke-associerede overfladeaktive molekyler omtales ofte i litteraturen som monomerer, selvom dette udtryk er uheldigt, fordi det overvejende bruges til at henvise til blokke, der danner polymermolekyler. Micellisering kan betragtes som en alternativ mekanisme til adsorption ved interfasegrænser, hvilket fører til eliminering af kontakten af ​​hydrofobe grupper med vand, som et resultat af hvilket systemets frie energi falder. Dette er et ekstremt vigtigt fænomen, da overfladeaktive stoffers egenskaber bestemmes af formen - micellær eller molekylær - de er til stede i systemet. Kun molekylært opløste overfladeaktive stoffer sænker overflade- og grænsefladespændingen; desuden reguleres dynamiske fænomener af koncentrationen af ​​det virkelig opløste overfladeaktive stof.

Miceller kan betragtes som reservoirer af molekylært overfladeaktivt stof. Afhængigt af størrelsen og strukturen af ​​et overfladeaktivt molekyle kan hastigheden for udveksling af overfladeaktive molekyler mellem en micelle og en opløsning variere i størrelsesorden inden for flere størrelsesordener.

I vand opstår miceller allerede i meget lave koncentrationer. Den koncentration, ved hvilken miceller begynder at dannes, kaldes den kritiske micellekoncentration; dette er en af ​​de vigtigste egenskaber ved overfladeaktive stoffer. Således betyder CMC = 1 mM, at koncentrationen af ​​molekylært opløst overfladeaktivt stof aldrig vil overstige denne værdi, uanset mængden af ​​overfladeaktivt stof, der indføres i opløsningen.

Amfifile egenskaber af overfladeaktive molekyler

Udtrykket "amfifil" bruges ofte som et synonym for overfladeaktive stoffer. Udtrykket kommer fra det græske ord amphi, der betyder "begge". Dens anvendelse skyldes det faktum, at molekylerne af alle overfladeaktive stoffer består af i det mindste af to dele, hvoraf den ene er opløselig i væske, og den anden er uopløselig. Hvis væsken er vand, taler man om henholdsvis de hydrofile og hydrofobe dele af molekylet. Den hydrofile del omtales sædvanligvis som den polære gruppe eller "hoved" og den hydrofobe del som radikalet eller "halen".

I en micelle er hydrofobe grupper inde i aggregatet, mens polære grupper er rettet mod opløsningsmidlet. Derfor er en micelle et polært aggregat, meget opløseligt i vand og udviser ikke i sig selv nogen mærkbar overfladeaktivitet. Under adsorptionen af ​​overfladeaktive stoffer fra vandig opløsning på en hydrofob overflade er et overfladeaktivt molekyle sædvanligvis orienteret med sin hydrofobe del mod overfladen og med sin polære gruppe mod vand. I dette tilfælde bliver grænsefladeoverfladen hydrofil, som et resultat falder grænsefladespændingen. Adsorption på hydrofile overflader fører ofte til dannelsen af ​​mere komplekse aggregater af overfladeaktive molekyler.

Den hydrofobe del af det overfladeaktive molekyle kan være lineær eller forgrenet. Den polære gruppe er sædvanligvis, men ikke altid, bundet til enden af ​​alkylkæden, som sædvanligvis indeholder 8 til 18 carbonatomer. Graden af ​​forgrening af kæden, positionen af ​​den polære gruppe og længden af ​​kæden - de vigtigste parametre, som bestemmer overfladeaktive stoffers fysisk-kemiske egenskaber.

Den polære gruppe af overfladeaktive stoffer kan være ioniske eller ikke-ioniske, hvilket i høj grad bestemmer overfladeaktive stoffers egenskaber. Dette gør det muligt at klassificere overfladeaktive stoffer i ioniske og ikke-ioniske. Størrelsen af ​​den polære gruppe af et ikke-ionisk overfladeaktivt stof kan variere over et bredt område. I ioniske overfladeaktive stoffer er størrelsen af ​​den polære gruppe mere eller mindre konstant. Det skal understreges, at de fysisk-kemiske egenskaber af overfladeaktive stoffer i opløsning bestemmes af forholdet mellem størrelserne af de hydrofobe og polære grupper og ikke af deres absolutte størrelser.

Ris. 1. Skematisk fremstilling af et overfladeaktivt molekyle

Typisk indeholder et overfladeaktivt middel kun én polær gruppe. For nylig har der været en markant interesse for dimere overfladeaktive stoffer indeholdende to hydrofobe haler og to polære grupper forbundet med en kort bro. Sådanne stoffer er endnu ikke fundet. praktisk ansøgning de har dog interessante fysisk-kemiske egenskaber. Disse overfladeaktive stoffer reducerer effektivt overfladespændingen og har meget lave CMC-værdier. Til sammenligning: CMC for et konventionelt kationisk overfladeaktivt middel - dodecyltrimethylammoniumbromid - er 16 mM, og CMC for det tilsvarende dimere overfladeaktive middel med to carbonatomer i broen, der forbinder monomererne, er 0,9 mM. Forskellen i CMC-værdier for konventionelle og dimere overfladeaktive stoffer kan være af stor praktisk betydning. Et typisk eksempel på et dimert overfladeaktivt middel er vist i fig. 2.

Ris. 2. Dimerisk overfladeaktivt middel

Ineffektive overfladeaktive stoffer, der kan adsorbere på overfladen, men ikke danner miceller, anvendes som additiver i mange overfladeaktive sammensætninger. Sådanne overfladeaktive stoffer er klassificeret som hydrotrope stoffer, de ødelægger den ordnede pakning af konventionelle overfladeaktive stoffer. For eksempel kan indførelsen af ​​en hydrotrop forhindre dannelsen af ​​højviskose flydende krystallinske faser, hvis forekomst ofte skaber betydelige vanskeligheder ved formuleringen af ​​overfladeaktive sammensætninger. Xylensulfonat og cumensulfonat er typiske repræsentanter for hydrotrope stoffer, der anvendes i sammensætninger af mange detergenter. Kortkædede alkylphosphater anvendes i vid udstrækning som hydrotroper i sammensætninger baseret på langkædede ethoxylerede alkoholer.

Naturlige overfladeaktive stoffer

Overfladeaktive stoffer af naturlig oprindelse omfatter primært polære lipider. De er vidt udbredt i levende organismer. PÅ biologiske systemer overfladeaktive stoffer udfører i det væsentlige de samme funktioner som syntetiske overfladeaktive stoffer i tekniske systemer.

Så for eksempel hjælper de kroppen med at overvinde problemet med opløseligheden af ​​dårligt opløselige stoffer, de er emulgatorer og dispergeringsmidler, såvel som overflademodifikatorer osv. Mange kan citeres interessante eksempler karakteriserer overfladeaktive stoffers rolle i biologiske systemer. Galdesalte er således ekstremt effektive solubiliseringsmidler af de hydrofobe komponenter i blodblandingen.

Ris. 3. Eksempler på polære lipider

fosfolipider er pakket i ordnede dobbeltlag svarende til overfladeaktive flydende krystaller og består af sådanne strukturer cellemembraner. På fig. 3 viser eksempler på de mest almindelige polære lipider. Et slående eksempel på et naturligt overfladeaktivt middel, som opnås direkte, uden kemiske procedurer, fra naturlige kilder, er lecithin. Lecithin udvindes fra kilder rige på fosfolipider

Nogle mikroorganismer producerer effektivt naturlige overfladeaktive stoffer. Både højmolekylære overfladeaktive midler, såsom lipopolysaccharider, og lavmolekylære polære lipider kan opnås i gode udbytter, især hvis mikroorganismerne dyrkes på et vanduopløseligt substrat. På fig. Figur 4 viser strukturen af ​​et acyleret kulhydrat med lav molekylvægt, et glycolipid baseret på trehalose, hvis høje overfladeaktivitet allerede er blevet bevist. Sådanne derivater og nogle andre overfladeaktive stoffer fremstillet af gær har for nylig tiltrukket sig stor interesse. Der er allerede brugt mange kræfter på at forbedre eksisterende fermenteringsprocesser og på at udvikle nye måder at dyrke mikroorganismer på. På trods af de opnåede fremskridt er den kommercielle anvendelse af sådanne overfladeaktive stoffer stadig begrænset på grund af deres høje omkostninger.

Ris. 4. Overfladeaktivt glykolipid baseret på trehalose, opnået under fermenteringsprocessen

Petrokemi og kemi vegetabilske olier som kilder til råmaterialer til fremstilling af overfladeaktive stoffer

PÅ de sidste år der er en tendens til brug af "grønne" overfladeaktive stoffer, især i hverdagen. Udtrykket "naturligt overfladeaktivt middel" henviser til den naturlige kilde til stoffet. Imidlertid kan ingen af ​​de overfladeaktive stoffer, der anvendes i dag i væsentlige mængder, betragtes som naturlige i fuld forstand. Med få undtagelser fremstilles alle overfladeaktive stoffer ved organisk syntese, ofte under meget barske forhold, hvor der uundgåeligt dannes biprodukter. For eksempel er monoglycerider vidt udbredt i naturen, men overfladeaktive stoffer markedsført som monoglycerider opnås under industriel hydrolyse af triglyceridolier ved temperaturer over 200 °C, hvilket fører til dannelsen af ​​biprodukter - di- og tri-derivater af glycerol. Alkylglucosider er ekstremt almindelige i levende organismer, men denne klasse af overfladeaktive stoffer, ofte omtalt som APG'er, fremstilles ved hjælp af flertrins kemiske processer, og de kan bestemt ikke betragtes som naturlige.

For korrekt at vurdere oprindelsen af ​​overfladeaktive stoffer er det nyttigt at opdele dem i to klasser afhængigt af de råmaterialer, hvorfra de er opnået: oleokemiske og petrokemiske overfladeaktive stoffer. Oleokemiske overfladeaktive stoffer fremstilles af vedvarende råmaterialer, normalt vegetabilske olier. Petrokemiske overfladeaktive stoffer er lavet af små "byggesten" såsom ethylen, som fås ved krakning af petroleum. Ofte tjener vegetabilske olier og petrokemiske produkter samtidig som råmaterialer til overfladeaktive stoffer. Ethoxylerede fedtsyrer er et af mange eksempler.

Nogle gange resulterer oleokemiske og petrokemiske forarbejdningsmetoder i identiske produkter. For eksempel opnås normale alkoholer med carbonhydridradikaler C10-C14, der almindeligvis anvendes til at indføre hydrofobe grupper i syntesen af ​​ikke-ioniske overfladeaktive stoffer og anioniske overfladeaktive stoffer, enten ved hydrogenering af methylestere af de tilsvarende fedtsyrer eller ved polymerisation af ethylen med triethylaluminium som katalysator. I begge tilfælde opnås uforgrenede alifatiske alkoholer, som afviger lidt i sammensætningen af ​​homologer, da det bestemmes af destillationsprocessen. Begge produktionsmetoder er udbredte.

Fremstilling af overfladeaktive stoffer med vegetabilske olier som råmateriale giver ikke altid mindre giftige og mindre miljøskadelige overfladeaktive stoffer end petrokemisk produktion. Dog i betragtning af cyklussen carbondioxid kemisk produktion baseret på vedvarende råvarer foretrækkes altid.

Alkoholer med lange lineære hydrofobe radikaler omtales ofte som fedtalkoholer, uanset hvordan de blev fremstillet. Alkoholer med forgrenede carbonhydridradikaler har også stor betydning som råmateriale til fremstilling af overfladeaktive stoffer. De fremstilles kun ved syntetiske midler; blandt dem er den mest udbredte den såkaldte oxo-proces, hvor der som et resultat af reaktionen mellem en olefin med carbonmonoxid og brint opnås et aldehyd, som derefter reduceres til en alkohol under katalytisk hydrogenering. . Som et resultat opnås en blanding af forgrenede og normale alkoholer, hvorimod forholdet mellem disse kan kontrolleres til en vis grad ved at vælge en katalysator og reaktionsbetingelser. Kommercielle "oxoalkoholer" er blandinger af lige og forgrenede alkoholer med specifikke alkylkædelængder. Forskellige måder opnåelse af primære langkædede alkoholer er skematisk vist i fig. 5.

Ris. 5. Forskellige måder at opnå primære alkoholer på som råmateriale til fremstilling af overfladeaktive stoffer.

Fra venstre mod højre: Ziegleranatta-polymerisation af ethylen; genvinding af methylestere af fedtsyrer; hydroformylering af højere olefiner.

Klassificering af overfladeaktive stoffer efter polære grupper

Den første klassificering af overfladeaktive stoffer er baseret på ladningen af ​​den polære gruppe. Det er generelt accepteret at underopdele overfladeaktive stoffer i anioniske, kationiske, nonioniske og zwitterioniske. Molekyler af overfladeaktive stoffer inkluderet i den sidste gruppe indeholder kl normale forhold begge ladninger: anioniske og kationiske. I litteraturen omtales de ofte som "amfotere" overfladeaktive stoffer, men dette udtryk er ikke altid korrekt og bør ikke bruges som et synonym for udtrykket "zwitterionisk" overfladeaktivt stof. Et amfotert overfladeaktivt stof er et stof, der afhængigt af opløsningens pH kan være kationisk, zwitterionisk eller anionisk. godt eksempel amfoterisk organisk stof er simple aminosyrer. De fleste af de såkaldte zwitterioniske overfladeaktive stoffer har lignende egenskaber. Nogle zwitterioniske overfladeaktive stoffer bevarer dog en af ​​deres ladninger over et bredt pH-område, såsom forbindelser indeholdende en kationisk kvaternær ammoniumgruppe. Således vil et overfladeaktivt stof indeholdende carboxylat- og kvaternære ammoniumgrupper være zwitterionisk op til meget lave værdier pH, men vil ikke være amfoter.

De fleste ioniske overfladeaktive stoffer er monovalente, men der er også vigtige repræsentanter for divalente anioniske overfladeaktive stoffer. De fysisk-kemiske egenskaber af ioniske overfladeaktive stoffer påvirkes af modionens natur. I de fleste tilfælde bruger anioniske overfladeaktive stoffer natriumionen som modion, mens andre kationer, såsom lithium-, kalium-, calcium- eller protonerede aminioner, kun bruges som sådan til specielle formål. Modionerne for kationiske overfladeaktive midler er sædvanligvis halogenidioner eller methylsulfationer.

De hydrofobe grupper af overfladeaktive stoffer er sædvanligvis repræsenteret af carbonhydridradikaler såvel som polydimethylsiloxan- eller fluorcarbongrupper. Overfladeaktive stoffer af de to sidste typer er særligt effektive i ikke-vandige medier.

For et mindre antal overfladeaktive stoffer er der en vis usikkerhed i klassificeringen. For eksempel omtales overfladeaktive stoffer indeholdende aminoxider nogle gange som zwitterioniske, nogle gange som kationiske og endda som ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. Ladningen af ​​disse stoffers molekyler afhænger af pH-værdien af ​​den vandige fase; det kan siges, at de i neutral tilstand bærer anioniske og kationiske ladninger eller er nonioniske dipolmolekyler. Ethoxylerede fedtaminer indeholdende et aminonitrogenatom og en polyoxyethylenkæde kan inkluderes i klassen af ​​kationiske eller ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. Den ikke-ioniske karakter af sådanne overfladeaktive midler er fremherskende i tilfælde af meget lange polyoxyethylenkæder, mens ved korte eller mellemlange polyoxyethylenkæder svarer de fysisk-kemiske egenskaber som regel til kationiske overfladeaktive stoffer. Overfladeaktive stoffer, der indeholder en anionisk gruppe i molekylet, såsom sulfat, fosfat eller carboxylat, og polyoxyethylenkæder er også meget almindelige. Sådanne overfladeaktive midler, såsom sulfoestere osv., indeholder sædvanligvis korte polyoxyethylenkæder og betragtes derfor altid som anioniske overfladeaktive stoffer.

Anioniske overfladeaktive stoffer

De polære grupper i anioniske overfladeaktive stoffer er sædvanligvis carboxylat-, sulfat-, sulfonat- og phosphatgrupper. På fig. Figur 6 viser de molekylære strukturer af de mest almindelige overfladeaktive stoffer i denne klasse.

Anioniske overfladeaktive stoffer anvendes i meget større mængder end andre typer overfladeaktive stoffer. Groft estimat verdensproduktion Det overfladeaktive stof er på 10 millioner tons om året, hvoraf 60% udgøres af anioniske overfladeaktive stoffer.

Ris. 6. Strukturer af nogle typiske anioniske overfladeaktive stoffer

Hovedårsagen til disse overfladeaktive stoffers popularitet er enkelheden og lave produktionsomkostninger. Anioniske overfladeaktive stoffer indgår i de fleste rengøringsmidler, og overfladeaktive stoffer med alkyl- eller alkylarylgrupper indeholdende 12-18 carbonatomer i den hydrofobe kæde har den bedste detergenteffekt.

Na+, K+, NH4+, Ca 2+ ioner og forskellige protonerede alkylaminer fungerer normalt som modioner. Natrium- og kaliumioner øger overfladeaktive stoffers opløselighed i vand, mens calcium- og magnesiumioner øger overfladeaktive stoffers opløselighed i oliefasen. Protonerede aminer og alkanolaminer giver overfladeaktivt stofopløselighed i begge faser.

Sæber udgør også en enorm klasse af overfladeaktive stoffer. De fremstilles ved forsæbning naturlige olier og fedtstoffer. Sæber omtales almindeligvis som salte. alkalimetaller carboxylsyrer afledt af animalske fedtstoffer eller vegetabilske olier. Barsæber indeholder typisk fedtsyrer afledt af tallolie, palmeolie og kokosolie. Når det bruges i optimale forhold Sæber er ideelle overfladeaktive stoffer. Deres største ulempe er deres følsomhed over for hårdt vand, hvilket bestemte behovet for at skabe syntetiske overfladeaktive stoffer. En meget specifik anvendelse findes for lithiumsaltet af en fedtsyre, nemlig lithium 12-hydroxystearat, som bruges som hovedbestanddelen af ​​smøremidler.

Alkylbenzensulfonater er en gruppe syntetiske overfladeaktive stoffer, som anses for at være de vigtigste "arbejdsheste". De er meget brugt i rengøringsmidler huslige formål, såvel som i de fleste forskellige områder industri. De opnås ved sulfonering af alkylbenzener. Ved storskalasyntese bruges svovltrioxid oftest som svovlmiddel, men andre stoffer som svovlsyre, oleum, chlorsulfonsyre eller amidosulfonsyre kan også anvendes. I nogle tilfælde er de endnu mere at foretrække. Industriel syntese udføres i en kontinuerlig proces ved anvendelse af et filmapparat med en fritflydende film. I det første trin af processen dannes pyrosulfonsyre, som langsomt og spontant reagerer yderligere og danner sulfonsyre.

Sulfonsyren neutraliseres derefter med kaustisk soda til dannelse af alkylbenzensulfonatsaltet. På grund af det store volumen af ​​alkylsubstituenter dannes næsten udelukkende n-sulfonsyrer. I skemaet ovenfor er R en alkylgruppe, der typisk indeholder 12 carbonatomer. Oprindeligt blev forgrenede alkylbenzener brugt som et mellemprodukt i syntesen af ​​overfladeaktive stoffer, men på nuværende tidspunkt er de næsten fuldstændigt erstattet af lineære derivater; derfor kaldes sådanne overfladeaktive stoffer lineære alkylbenzensulfonater. Afvisningen af ​​forgrenede derivater og deres erstatning med lineære skyldes primært deres hurtigere biologiske nedbrydning. Alkylbenzener opnås igen ved alkylering af benzen med n-alkener eller alkylchlorider under anvendelse af HF eller AICI3 som katalysatorer. Reaktionen frembringer en blanding af isomerer med en phenylgruppe bundet til en af ​​de ikke-terminale positioner i alkylkæden.

En anden type sulfonat-overfladeaktivt middel, der anvendes i detergenter, er paraffin- og a-olefinsulfonater, sidstnævnte ofte omtalt som AOS. Generelt er de resulterende overfladeaktive stoffer komplekse blandinger af stoffer, der adskiller sig i deres fysisk-kemiske egenskaber. Paraffinsulfonater eller sekundære n-alkansulfonater produceres hovedsageligt i Europa. De opnås som regel ved sulfoxidation af paraffiniske carbonhydrider med svovldioxid og oxygen, når de bestråles med ultraviolet lys. I en ældre proces, som dog stadig er i brug, opnås paraffinsulfonater ved sulfochloreringsreaktionen. Begge processer er radikalreaktioner, og da de sekundære carbonatomer danner mere stabile frie radikaler end de primære carbonatomer, indføres sulfogruppen tilfældigt til ethvert ikke-terminalt carbonatom i alkankæden. En blanding af C14-C17 carbonhydrider, nogle gange kaldet "Euro-fraktion", er det mest almindelige hydrofobe råmateriale, og slutprodukterne i dette tilfælde er meget komplekse blandinger af isomerer og homologer.

Sulfonater af a-olefiner opnås ved omsætning af lineære a-olefiner med svovltrioxid; resultatet er en blanding af alkensulfonater, 3- og 4-hydroxyalkansulfonater og nogle disulfonater og andre stoffer. To olefinfraktioner anvendes hovedsageligt som råmateriale: C12-C16 og C16-C18. Forholdet mellem alkensulfonater og hydroxyalkansulfonater er til en vis grad styret af forholdet mellem mængderne af S03 og olefiner, der indføres i reaktionsblandingen: jo højere dette forhold er, jo mere alkensulfonsyre dannes. Dannelsen af ​​hydroxyalkansulfonsyre sker gennem en mellemliggende cyklisk sulton, som derefter spaltes med alkali. Sulton er giftigt, så det er vigtigt, at dets koncentration i slutproduktet er meget lav. Opkøbsordningen kan skrives som følger:

Natriumdisulfosuccinat er et overfladeaktivt alkylsulfonat, der er meget udbredt i overfladekemiske undersøgelser. Dette overfladeaktive middel er på grund af dets voluminøse hydrofobe gruppe særligt velegnet til at opnå vand-i-olie mikroemulsioner.

Isethionat overfladeaktive stoffer med generel formel R-COOC^C^SO^Na* er fedtsyreestere og salte af isethionsyre. De er blandt de mildeste overfladeaktive stoffer og bruges i kosmetiske formuleringer.

Sulfonatoverfladeaktive stoffer, opnået ved sulfonering af lignin, petroleumsfraktioner, alkylnaphthalener eller andre billige carbonhydridfraktioner, finder bred industriel anvendelse som dispergeringsmidler, emulgatorer, demulgeringsmidler, skumdæmpende midler, befugtningsmidler osv.

Sulfaterede syrter og ethoxylerede alkoholer udgør en anden vigtig gruppe af anioniske overfladeaktive stoffer, der har fundet bred anvendelse i vaskemidler. Det er svovlsyremonoestere, hvor esterbindingen er meget labil og knækker relativt let ved lav pH som følge af autokatalytisk hydrolyse. Som råmateriale til denne type overfladeaktive stoffer anvendes lineære og forgrenede alkoholer med 8 til 16 kulstofatomer Ved anvendelse af en lineær alkohol med 12 kulstofatomer opnås svovlsyredodecylester, og efter neutralisering med kaustisk soda dannes natriumdodecylsulfat - det vigtigste overfladeaktive stof af denne type. Ethoxylerede alkoholer, der almindeligvis anvendes som mellemprodukter, er alifatiske alkoholer med to eller tre oxyethylenenheder. Fremgangsmåden ligner den ovenfor diskuterede sulfonering. PÅ industriel produktion svovltrioxid bruges som reagens,

og på samme måde som sulfonering forløber reaktionen gennem dannelsen af ​​pyrosulfat som et mellemprodukt:

Syntesen af ​​sulfatestere af ethoxylerede alkoholer udføres på lignende måde. Reaktionen er sædvanligvis ledsaget af dannelsen af ​​en mærkbar mængde 1,4-dioxan. Da dioxan er giftigt, skal det frigøres fra destillation. Sådanne overfladeaktive midler omtales almindeligvis som ethoxylerede alkylsulfater. De har gode skummende egenskaber, lav toksicitet for hud og øjne og bruges derfor i opvaskemidler og shampoo.

Ethoxylerede alkoholer kan omdannes til carboxylater, dvs. ethoxylerede alkylcarboxylater. Traditionelt er dette blevet gjort ved hjælp af natriummonochloracetat:

Williamson-reaktionen forløber generelt i lavt udbytte. Nyere syntesemetoder er baseret på oxidation af ethoxylerede alkoholer med oxygen eller hydrogenperoxid i et alkalisk miljø ved brug af platin eller palladium som katalysator. I denne reaktion med god vej ud ethoxylater omdannes, men oxidativ nedbrydning af polyoxyethylenkæden er også mulig. Ethoxylerede alkylcarboxylater anvendes i produkter til personlig pleje eller som hjælpeoverfladeaktive stoffer i forskellige flydende vaskemiddelformuleringer. Ligesom ethoxylerede alkylsulfater er ethoxylerede alkylcarboxylater stabile i meget hårdt vand. Begge typer overfladeaktive stoffer har også gode dispergerende egenskaber af calciumsæber, hvilket er meget vigtigt for overfladeaktive stoffer, der anvendes i produkter til personlig pleje. Dispergerbarheden af ​​calciumsæber udtrykkes sædvanligvis som mængden af ​​overfladeaktivt stof, der kræves for at dispergere calciumsæbe fremstillet af 100 g natriumoleta i vand med en hårdhed svarende til 0,0333 % CaCO3.

Phosphatholdige anioniske overfladeaktive midler, såsom alkylphosphater eller ethoxylerede alkylphosphater, fremstilles ved at behandle fedtalkoholer eller ethoxylerede alkoholer med et phosphoryleringsmiddel; normalt bruges fosforpentoxid P4O10 til dette. Som et resultat af reaktionen opnås en blanding af mono- og diestere af phosphorsyre, og de relative andele af disse stoffer styres af forholdet mellem reagenserne og mængden af ​​vand i reaktionsblandingen:

Væsentlige oplysninger om anioniske overfladeaktive stoffer

1. Anioniske overfladeaktive stoffer - den mest almindelige klasse af overfladeaktive stoffer.

2. Generelt er anioniske overfladeaktive midler uforligelige med kationiske overfladeaktive midler.

3. De er følsomme over for hårdt vand, og følsomheden falder i serierne carboxylater > fosfater > sulfater - sulfonater.

4. Indførelsen af ​​en kort polyoxyethylenkæde mellem den anioniske gruppe og carbonhydridgruppen øger signifikant modstanden af ​​anioniske overfladeaktive stoffer over for salte.

5. Indførelsen af ​​en kort polyoxypropylenkæde mellem den anioniske gruppe og carbonhydridgruppen øger opløseligheden af ​​overfladeaktive stoffer i organiske medier, men kan samtidig føre til et fald i den overfladeaktive bionedbrydningshastighed.

6. Sulfat-overfladeaktive stoffer hydrolyseres hurtigt i sure medier som et resultat af autokatalytisk hydrolyse. Overfladeaktive stoffer af andre typer er stabile under ikke alt for hårde forhold.

Alle kommercielle phosphat-overfladeaktive stoffer indeholder mono- og diestere af phosphorsyre, og det relative indhold af disse komponenter varierer meget afhængigt af producenten. Da de fysisk-kemiske egenskaber af alkylphosphat overfladeaktive stoffer afhænger af forholdet mellem forskellige estere, alkylphosphater fra forskellige producenter mindre udskiftelige end andre typer overfladeaktive stoffer. Phosphoroxychlorid POCI3 kan anvendes som phosphoryleringsmiddel til fremstilling af alkylphosphatoverfladeaktive stoffer. I dette tilfælde dannes også en blanding af mono- og diestere af phosphorsyre.

Fosfat-overfladeaktive stoffer anvendes i metalbearbejdningsindustrien, hvor de har vist sig at være mere egnede end andre overfladeaktive stoffer på grund af deres anti-korrosionsegenskaber. De bruges også som emulgatorer i plantebeskyttelsesformuleringer. Den vigtigste information om anioniske overfladeaktive stoffer er opsummeret i tabel. 3.

Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer

Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer indeholder enten polyester- eller polyhydroxylfragmenter som polære grupper. Langt de fleste ikke-ioniske overfladeaktive stoffer indeholder oxyethylengrupper opnået ved polymerisation af ethylenoxid. Strengt taget bruges præfikset "poly" forkert. Overfladeaktive stoffer med 5 til 10 oxyethylenenheder i den polære kæde er mest almindelige, men nogle overfladeaktive stoffer, såsom dispergeringsmidler, indeholder ofte længere oxyethylenkæder. Ethoxylering udføres sædvanligvis i alkaliske medier. Ethvert stof, der indeholder aktivt brint, kan ethoxyleres. Sædvanligvis tjener alifatiske alkoholer, alkylphenoler, fedtsyrer og alifatiske aminer som udgangsmaterialer til fremstilling af overfladeaktive oxyethylenmidler. Estere, såsom triglyceridolier, kan ethoxyleres i en proces, hvor alkalisk hydrolyse af esterbindingen sker i en enkelt reaktor, efterfulgt af ethoxylering af den dannede syre og alkohol og deres delvise kondensation. Ethoxyleret ricinusolie, der anvendes i dyrefoder, er et vigtigt eksempel på et triglyceridbaseret overfladeaktivt stof.

Eksempler på polyhydroxy-overfladeaktive midler er saccharose- og sorbitolestere, alkylglucosider og polyglycerider. Sidstnævnte er faktisk en kombination af overfladeaktive stoffer, derivater af polyvalente alkoholer og polyestere. Overfladeaktive stoffer baseret på polyvalente alkoholer kan ethoxyleres. De bedst kendte eksempler er fedtsyreestere af sorbitol og de tilsvarende ethoxylerede produkter. Den femleddede ringstruktur af sorbitan dannes ved dehydrering af sorbitol under fremstillingsprocessen. Overfladeaktive stoffer baseret på sorbitan kan spises, så de er meget brugt i produktionen madvarer og medicinske stoffer. Acetylenglycoler er overfladeaktive stoffer, der indeholder en acetylenbinding lokaliseret i midten og hydroxylgrupper ved tilstødende carbonatomer. Sådanne stoffer udgør en særlig gruppe af hydroxyl overfladeaktive stoffer, der anvendes som antiskummidler, især ved fremstilling af belægninger.

På fig. Figur 7 viser de molekylære strukturer af de mest almindelige ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. Som det vil blive vist nedenfor, er overfladeaktive stoffer baseret på oxyethylen repræsenteret ved en bred vifte forbindelser, meget bredere end overfladeaktive stoffer af andre klasser. Fedtsyreethoxylater giver særligt komplekse blandinger med et højt indhold af biprodukter. Den vigtigste type ikke-ioniske overfladeaktive stoffer er ethoxylerede alifatiske alkoholer. De bruges i flydende og pulveriserede rengøringsmidler og er meget udbredt i industrien. De bruges især som stabilisatorer til olie-i-vand-emulsioner. Ethoxylerede alkoholer kan anses for at være resistente over for hydrolyse i et bredt pH-område: fra 3 til 11. De oxideres langsomt i luften, og oxidationsprodukterne irriterer huden i højere grad end de oprindelige overfladeaktive stoffer. I denne bog betegnes ethoxylerede fedtalkoholer som C t E p, hvor m er antallet af carbonatomer i alkoholens alkylkæde, og n er antallet af oxyethylenenheder i det overfladeaktive stofmolekyle. Nogle almindelige og de fleste vigtige egenskaber ikke-ioniske overfladeaktive stoffer er angivet i tabel. fire.

Tabel 4. De vigtigste oplysninger om ikke-ioniske overfladeaktive stoffer

Ris. 7. Strukturer af nogle typiske ikke-ioniske overfladeaktive stoffer

I ethoxylerede overfladeaktive stoffer er det muligt med stor nøjagtighed at indføre en given mængde oxyethylengrupper knyttet til en specifik hydrofob rest, for eksempel til en alifatisk alkoholrest. Processen ender dog med dannelsen af ​​produkter med en bred fordeling langs kædelængden. Hvis alle hydroxylgrupper i den oprindelige alkohol og de resulterende glycolethere har samme reaktivitet, opnås et sæt oligomerer, der adlyder Poisson-fordelingen. Da den oprindelige alkohol er noget mindre sur end de resulterende glycolethere, er dens deprotonering mindre gunstig, derfor mindre sandsynligt interaktion med ethylenoxid.

Ris. 8. Ethoxylering af fedtalkoholer katalyseret af baser

Som et resultat forbliver en betydelig mængde uomsat alkohol i reaktionsblandingen sammen med reaktionsprodukter indeholdende mere oxyethylengrupper. Der er brugt en del forskningsindsats på at udvikle metoder til at opnå et produkt med en snævrere fordeling af homologer. Valget af ethoxyleringskatalysator påvirker også produktfordelingen. Brugen af ​​jordalkalimetalhydroxider, såsom Ba2 og Sr2, fører til produkter med en meget snævrere fordeling end ved brug af KOH, tilsyneladende på grund af koordinationsmekanismen. Anvendelsen af ​​Lewis-syrer, såsom SnCU og BF3, gør det også muligt at opnå ethoxylerede overfladeaktive stoffer med en snævrere fordeling. Ethoxylering i et surt medium har dog en væsentlig ulempe: 1,4-dioxan dannes som et biprodukt i store mængder. På fig. 9 viser homologfordelingen af ​​ethoxyleret alkohol under anvendelse af KOH, Lewis-syre og strontiumhydroxid som katalysatorer.

Ris. 9. Typiske fordelinger af homologer for reaktionsprodukterne af en fedtalkohol med 4 mol ethylenoxid i nærværelse af forskellige katalysatorer

Ethoxylater med en snæver homolog fordeling vinder en stigende andel af markedet. Fordelene ved sådanne ethoxylater er utvivlsomt.

Som det kan ses af tabel. 4, ikke-ioniske overfladeaktive stoffer indeholdende polyoxyethylenkæder har omvendt forhold opløselighed i vand ved temperatur. Når temperaturen stiger, opdeles systemet i to faser. Temperaturen, hvor dette sker, kaldes uklarhedspunktet, fordi opløsningen bliver uklar. Uklarhedspunktet afhænger af længden af ​​den hydrofobe del og antallet af oxyethylengrupper i de overfladeaktive molekyler og kan bestemmes med stor nøjagtighed. Ved fremstilling af polyoxyethylen-overfladeaktive stoffer anvendes uklarhedspunktbestemmelse til at kontrollere graden af ​​ethoxylering. Da systemets turbiditet kan variere med stigende koncentration af overfladeaktivt stof, bestemmes uklarhedspunktet i standardtestmetoden ved at opvarme en 1 % vandig opløsning af ikke-ioniske overfladeaktive stoffer over uklarhedspunktet og derefter registrere opløsningens rensningstemperatur, mens langsom afkøling af prøven. Overfladeaktive stoffer med lange polyoxyethylenkæder kan have et uklarhedspunkt over 100°C. For sådanne stoffer bestemmes uklarhedspunktet i elektrolytopløsninger, da de fleste salte sænker uklarhedspunktet.

Ethoxylerede triglycerider, såsom ethoxylater ricinusolie, indtager en stabil position på markedet, kaldes de ofte semi-naturlige overfladeaktive stoffer. I de senere år har der været en kraftig stigning i interessen for ethoxylerede fedtsyremethylestere, som fås ud fra den tilsvarende methylester ved at udføre ethoxyleringsprocessen med en speciel katalysator, såsom hydrotalcit. Methylesterethoxylater har en række fordele i forhold til ethoxylerede alkoholer, fordi de er mere vandopløselige. Overfladeaktive midler, der kombinerer høj vandopløselighed med høj overfladeaktivitet, er nødvendige i en lang række sammensætninger.

Ethoxylerede alkoholer, hvor de terminale hydroxylgrupper er erstattet af en methyl- eller ethylethergruppe, har deres egen markedsniche. Sådanne ikke-ioniske overfladeaktive stoffer med "lukkede" ender fremstilles ved O-alkylering af ethoxylatet ved reaktion med et alkylchlorid eller dialkylsulfat eller ved hydrogenering af den tilsvarende acetal. Sammenlignet med ethoxylater af normale alkoholer er overfladeaktive stoffer med "lukkede" ender mere modstandsdygtige over for virkningen af ​​alkalier og oxidationsmidler. De er også kendetegnet ved en ekstrem lav skummende kapacitet.

Kationiske overfladeaktive stoffer

De fleste kationiske overfladeaktive stoffer indeholder et nitrogenatom, der bærer en positiv ladning, dvs. de er aminer eller kvaternære ammoniumforbindelser. Aminer udviser kun overfladeaktive egenskaber i den protonerede tilstand; derfor kan de ikke bruges ved høj pH. I modsætning hertil er kvaternære ammoniumforbindelser ufølsomme over for ændringer i pH. Aminer er også mere følsomme over for virkningen af ​​flerladede anioner. Som allerede nævnt har ethoxylerede aminer egenskaberne af ikke-ioniske og kationiske overfladeaktive stoffer, og jo længere oxyethylenkæden er, jo mere udtalte er egenskaberne af ikke-ioniske overfladeaktive stoffer i sådanne forbindelser.

På fig. 10. viser nogle typiske kationiske overfladeaktive stoffer. Kvaternære ammoniumforbindelser med estergrupper repræsenterer en ny klasse af miljøvenlige overfladeaktive stoffer, der erstatter de tilsvarende dialkylderivater i tekstilblødgøringsprocesser.

Ris. 10. Strukturer af nogle typiske kationiske overfladeaktive stoffer

Syntesen af ​​ikke-ether kvaternære ammoniumoverfladeaktive stoffer forløber gennem dannelsen af ​​nitrilforbindelser. Fedtsyren reagerer med ammoniak forhøjet temperatur, hvilket giver den tilsvarende nitril. Denne reaktion forløber gennem dannelsen af ​​et mellemproduktamid. Nitrilen hydrogeneres derefter til en primær amin i nærvær af en katalysator:

Sekundære aminer opnås enten direkte fra nitrilen eller i to trin fra en primær amin. I en et-trins proces, der ser ud til at involvere dannelsen af ​​et iminmellemprodukt, fjernes ammoniak kontinuerligt fra reaktionsblandingen for at lette dannelsen af ​​den sekundære amin:

Primære aminer omdannes ved cyanoethylering til langkædede 1,3-diaminer:

Primære eller sekundære langkædede aminer kan methyleres og omdannes til tertiære aminer, for eksempel ved reaktion med formaldehyd under reducerende betingelser:

Ethylenoxid kan også anvendes som et alkyleringsmiddel til omdannelse af primære og sekundære aminer til tertiære aminer af typen R-CH2N2 og 2NCH2CH2OH.

Kvaternære ammoniumforbindelser fremstilles sædvanligvis ud fra tertiære aminer ved reaktion med et egnet alkyleringsmiddel, såsom methylchlorid eller bromid eller dimethylsulfat, idet valget af reagens bestemmer den overfladeaktive modion:

Kvaternære ammoniumoverfladeaktive stoffer indeholdende estergrupper opnås ved esterificering af en fedtsyre med en aminoalkohol efterfulgt af N-alkylering som beskrevet ovenfor. Et eksempel er reaktionen af ​​triethanolamin, taget som en aminoalkohol, og dimethylsulfat som et methyleringsmiddel:

Sulfoxonium overfladeaktive stoffer opnås ved oxidation af et sulfoniumsalt med hydrogenperoxid. Industriel brug af ikke-nitrogen kationiske overfladeaktive stoffer er lille, da disse stoffer sjældent har fordele i forhold til billigere nitrogenholdige overfladeaktive stoffer. Phosphonium-overfladeaktive stoffer med en tilstrækkelig lang alkylkæde og tre methylgrupper har fundet anvendelse som biocider.

De fleste overflader - metaller, mineraler, plast, fibre, cellemembraner osv. - er negativt ladede. Hovedanvendelsen af ​​kationiske overfladeaktive stoffer er forbundet med deres evne til at adsorbere på negativt ladede overflader. Nogle eksempler er givet i tabellen. 5 og de fleste vigtige egenskaber kationiske overfladeaktive stoffer - i tabellen. 6.

Tabel 5. Anvendelse af kationiske overfladeaktive stoffer på grund af deres adsorption på overflader

Tabel 6. Hovedkarakteristika for kationiske overfladeaktive stoffer

Zwitterioniske overfladeaktive stoffer

Zwitterioniske overfladeaktive stoffer indeholder to modsat ladede grupper i deres molekyler. Den positive ladning leveres næsten altid af ammoniumgruppen, og de negativt ladede grupper kan varieres; oftest er den negative ladning leveret af carboxylationen. Sådanne overfladeaktive midler omtales ofte som amfotere, men som nævnt ovenfor er disse udtryk ikke identiske. Ladningerne af et amfotert overfladeaktivt stof ændrer sig afhængigt af pH, og når man går fra sur til alkalisk pH, ændres typen af ​​overfladeaktivt stof fra kationisk over zwitterionisk til anionisk. Hverken sure eller basiske grupper bærer en permanent ladning, og et sådant overfladeaktivt middel bliver kun en zwitterion i et bestemt pH-område.

Ændringen i ladning med en ændring i pH af et amfotert overfladeaktivt stof påvirker naturligt dets egenskaber såsom skummende og befugtningsevner, vaskehandling, det vil sige, at overfladeaktive stoffers hovedegenskaber viser sig at være afhængige af pH. Ved det isoelektriske punkt svarer de fysisk-kemiske egenskaber af sådanne overfladeaktive stoffer til ikke-ioniske overfladeaktive stoffers. Under og over det isoelektriske punkt sker der en gradvis forskydning hen imod den kationiske eller anioniske karakter af det overfladeaktive middel. Overfladeaktive stoffer med sulfat- eller sulfonatgrupper, der giver en negativ ladning af molekylerne, forbliver zwitterioniske ned til meget lave pH-værdier på grund af de meget lave pKa-værdier af monoalkylsvovl- og alkylsulfonsyrer.

Typiske repræsentanter for zwitterioniske overfladeaktive stoffer er N-alkylderivater af simple aminosyrer, betain 2 NCH 2 COOH), aminopropionsyre). Sådanne overfladeaktive stoffer opnås ikke fra aminosyrer, men ved omsætning af langkædede aminer med natriumchloracetat eller acrylsyrederivater, hvorved der dannes strukturer med henholdsvis et eller to carbonatomer mellem nitrogen- og carboxylatgruppen. Som et eksempel er nedenfor et reaktionsskema til opnåelse af et typisk overfladeaktivt middel - et derivat af betain fra alkyldimethylamin og natriummonochloracetat:

Amidobetainderivater opnås på lignende måde, startende fra amidoamin.

En anden type zwitterioniske overfladeaktive midler, almindeligvis omtalt som imidazoliner, syntetiseres ved at omsætte en fedtsyre med aminoethylethanolamin efterfulgt af behandling med chloracetat. Nomenklaturen for denne type overfladeaktive midler viste sig at være noget forvirrende, da slutproduktet blev antaget at indeholde en imidazolring, men det blev senere fundet, at den femleddede ring blev spaltet i det andet trin af syntesen. En typisk reaktionssekvens er:

Cywitterioniske overfladeaktive stoffer har meget gode dermatologiske egenskaber, irriterer ikke øjnene og bruges derfor ofte i shampoo og kosmetik. Da den samlede ladning af molekylerne af sådanne overfladeaktive stoffer er lig med nul, mister de, ligesom ikke-ioniske overfladeaktive stoffer, deres egenskaber i sammensætninger med et højt elektrolytindhold. Traditionelt er zwitterioniske overfladeaktive stoffer blevet brugt i alkaliske rengøringsmidler. På fig. 11 giver eksempler på typiske zwitterioniske overfladeaktive stoffer og i tabel. 7 opsummerer de grundlæggende oplysninger om overfladeaktive stoffer i denne klasse. Som allerede nævnt klassificeres aminoxid-overfladeaktive stoffer, eller mere korrekt N-oxider af tertiære aminer, nogle gange som zwitterioniske, nogle gange som ikke-ioniske og nogle gange som kationiske overfladeaktive stoffer. Formelt har de adskilte ladninger på deres nitrogen- og oxygenatomer og opfører sig generelt som ikke-elektrolytter, men ved lav pH eller i nærværelse af et anionisk overfladeaktivt stof accepterer de en proton for at danne en konjugeret kationsyre. 1:1-valenssalt dannes mellem det anioniske overfladeaktive middel og det protonerede aminoxid; sådanne salte har høj overfladeaktivitet. Aminoxider opnås ved oxidation med hydrogenperoxid af den tilsvarende tertiære amin.

Ris. 11. Strukturer af nogle typiske zwitterioniske overfladeaktive stoffer

Dermatologisk effekt af overfladeaktive stoffer

Dermatologisk effekt af overfladeaktive stoffer genererer alvorlige problemer og er genstand for mange nutidig forskning. De vigtigste dermatologiske problemer på arbejdspladsen er forbundet med eksponering af bar hud for overfladeaktive opløsninger, der anvendes som en række forskellige rengøringsmidler, samt skærevæsker, rulleolieemulsioner osv. Normalt reduceres effekten til hudirritation af varierende sværhedsgrad, sjældnere forekommer allergiske reaktioner. Hudirritation er forårsaget af direkte eksponering for overfladeaktive stoffer, og allergiske reaktioner aktiveres af biprodukter til stede i overfladeaktive sammensætninger. godt berømt eksempel alvorlig Allergisk reaktion er den såkaldte "margarinesygdom", opdaget i Holland i 1960'erne. Sygdommen viste sig at være forårsaget af et biprodukt fundet i et nyt overfladeaktivt stof, der blev tilsat margarineprodukter for at reducere stænk under stegning. Dette overfladeaktive middel giver dig mulighed for at holde vanddråber i en fint spredt tilstand. Sensibiliseringsmidlet i sammensætningen af ​​det overfladeaktive middel viste sig at være et stof med udtalte elektrofile egenskaber. Når de reagerer med nukleofile grupper af proteiner, denatureres de, og kroppen opfatter dette stof som et fremmed antigen. Det overfladeaktive middel, der blev anvendt ved fremstillingen af ​​margarine, indeholdt en betydelig mængde af et uomsat mellemprodukt, hvori, når det indtages, tilsyneladende opstod ringåbning, når det interagerer med amin- eller thiolgrupper af proteiner.

Den fysiologiske effekt af overfladeaktive stoffer på huden undersøges med forskellige dermatologiske og biofysiske metoder, startende fra overfladen af ​​huden og stratum corneum med dets beskyttende funktioner til et dybere lag af basalceller. Individuel følsomhed eller modtagelighed af huden registreres ved taktile fornemmelser og erfaring. Hudvenlige overfladeaktive midler omfatter polyvalente alkohol-overfladeaktive midler, zwitterioniske overfladeaktive midler og isethionater. Disse overfladeaktive stoffer bruges ofte i kosmetik.

I den homologe serie af overfladeaktive stoffer observeres normalt en maksimal irriterende virkning på huden ved en vis længde af det hydrofobe radikal. For eksempel, i en sammenlignende undersøgelse af alkylglucosider indeholdende 8,10, 12,14 og 16 carbonatomer i alkylradikaler, blev den maksimale effekt på huden fundet for C12-derivater. Det samme maksimal effekt opdaget under undersøgelsen af ​​overfladeaktive stoffers biocide aktivitet. Tilsyneladende afspejler disse data det faktum, at de biologiske reaktioner forårsaget af virkningen af ​​overfladeaktive stoffer på henholdsvis slimhinden eller bakterielle overflader skyldes høj overfladeaktivitet og en høj koncentration af molekylært opløst overfladeaktivt stof. Da en stigning i kædelængden af ​​den hydrofobe "hale" af det overfladeaktive middel fører til en stigning i dets overfladeaktivitet og til et fald i CMC, dvs. til et fald i det molekylært opløste overfladeaktive middel, optræder et ekstremum i den homologe serie ved en vis længde af kulbrintekæden.

Forholdsvis milde overfladeaktive midler omfatter alkoholethoxylater, men de er ringere med hensyn til hudblødhed i forhold til ikke-ioniske overfladeaktive midler baseret på polyvalente alkoholer, for eksempel alkylglucosider. Nylige undersøgelser har vist, at de dermatologiske virkninger af alkoholethoxylater ikke skyldes det overfladeaktive stof selv, men af ​​produkterne fra dets oxidation, der opstår under opbevaring. Det blev fundet, at alle ethoxylerede produkter undergår autooxidation med dannelse af hydroperoxider på methylengrupper forbundet med etheroxygen i polyoxyethylenkæder. Sådanne hydroperoxider er ikke særlig stabile, hvilket gør deres isolering vanskelig. Hydroperoxidet med UN-gruppen ved det andet carbonatom i den hydrofobe "hale" er imidlertid relativt stabilt og blev isoleret i en mængde på ~1% efter opbevaring af α-alkylethoxylat i et år. Dette stof er stærkt irriterende for huden. Endnu et oxidationsprodukt lignende handling på huden - aldehyd, vist nedenfor. Dette aldehyd er ustabilt, og dets yderligere oxidation fører til brydning af polyoxyethylenkæden og dannelse af formaldehyd og andre produkter. Begge aldehyder er irriterende for hud og øjne:

For at overvåge autooxidationen af ​​ethoxylerede alkoholer er det nyttigt at måle ændringen i uklarhedspunktet over tid. På fig. 12 viser eksempler på en sådan test for C12E5 og C12E6. Det kan ses af figuren, at begge NSAID'er detekterer kraftigt fald uklarhedspunkt ved opbevaring ved 40° C. på grund af autooxidation.

Anioniske overfladeaktive stoffer påvirker som regel huden i højere grad end ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. Så natriumdodecylsulfat, der bruges i nogle personlige plejeprodukter, har en relativt høj toksicitet for huden. Ethere af alkylsulfater

Ris. 12. Uklarhedspunktets afhængighed af opbevaringstiden for 1% opløsninger af overfladeaktive stoffer.

Disse ikke-ioniske overfladeaktive midler indeholdt ingen homologe urenheder. Målingerne er udført ved to temperaturer Natrium er et mildere overfladeaktivt stof sammenlignet med natriumalkylsulfater, af denne grund bruges etherderivater oftere i produkter vedr. håndvask redskaber. En vigtig rolle for sådanne produkter spilles af disse overfladeaktive stoffers gode skummende egenskaber. Den overlegne dermatologiske ydeevne af alkylsulfatestere sammenlignet med alkylsulfater har været hovedårsagen til interessen for ethoxylater med den snævre fordeling af homologer diskuteret ovenfor. Ved sulfatering af sådanne ethoxylater som mellemprodukt er indholdet af aggressive alkylsulfater mærkbart lavere end ved anvendelse af standardethoxylater med en bred homologfordeling.

Effekten af ​​overfladeaktive stoffer på huden bestemmes ofte ved hjælp af den modificerede Dühring-kammertest. På fig. 13 viser typiske resultater af en sådan test for natriumdodecylsulfat, decylglucosid og blandinger deraf. Den irriterende effekt på huden aftager næsten lineært med en stigning i blandingen af ​​glukosid overfladeaktive stoffer. I andre tilfælde kan selv små tilsætninger af et mildt overfladeaktivt middel forårsage en meget betydelig forbedring. dermatologiske egenskaber sammensætninger: en sådan synergistisk effekt er muligvis forbundet med et stærkt fald i sammensætningens CMC på grund af dannelsen af ​​blandede miceller. Nogle amfotere overfladeaktive stoffer er ekstremt effektive til at reducere hudirritation forårsaget af kontakt med anioniske overfladeaktive stoffer, såsom alkylsulfatestere. Effekten kan være forbundet med protoneringen af ​​carboxyl

Ris. 13. Test for størrelsen af ​​det relative irritationsmiddel.

Målingerne blev udført med et modificeret Dühring-kammer. Udlånt af Wiley-VCH

grupper af betain-overfladeaktivt stof, som bliver til et kationisk overfladeaktivt stof med efterfølgende pakning til blandede miceller med anioniske overfladeaktive stoffer. Forøgelsen i energien ved dannelse af blandede miceller fører således til protonering af carboxylgruppen i betain-overfladeaktivt stof selv ved pH-værdier meget højere end pAG a.

Miljøpåvirkning af overfladeaktive stoffer

På trods af det faktum, at bekymring over virkningen af ​​overfladeaktive stoffer på miljøet blev lovgivet for mere end 20 år siden, er denne faktor først for ganske nylig blevet det vigtigste krav, der bestemmer muligheden for at bruge overfladeaktive stoffer i forskellige sammensætninger. En enorm mængde overfladeaktive stoffer, der bruges i hverdagen og industrien, går ud i spildevandet. Hastigheden af ​​biologisk nedbrydning i industrielle spildevandslaguner bestemmer mængden af ​​overfladeaktive stoffer, der frigives til miljøet. To parametre - hastigheden af ​​biologisk nedbrydning og graden af ​​toksicitet i vandmiljø- bestemme den potentielle påvirkning af overfladeaktive stoffer på miljøet. Organisationen for Økonomisk Samarbejde og Udvikling har udarbejdet regler og retningslinjer vedr

Akvatisk toksicitet

Biologisk nedbrydelighed

bioakkumulation

Akvatisk toksicitet

Akvatisk toksicitet måles på fisk, dafnier eller alger. Toksicitet er udtrykt som LC50 eller EC50, hvor LC og EC er dødelige og effektive koncentrationer overfladeaktivt stof, henholdsvis. Koncentrationer af overfladeaktive stoffer under 1 mg/l, hvilket fører til halvdelen af ​​individernes død inden for 96 timer i testen på fisk og alger og under 48-timers testen på dafnier, indikerer toksiciteten af ​​overfladeaktive stoffer i vandmiljøet. Miljøvenlige overfladeaktive stoffer bør have passende værdier over 10 mg/l.

Biologisk nedbrydelighed

Biologisk nedbrydning er en proces, der udføres i naturen af ​​bakterier. Som et resultat af en række enzymatiske reaktioner bliver det overfladeaktive molekyle til sidst til kuldioxid, vand og oxider af andre grundstoffer. Hvis et produkt ikke er naturligt biologisk nedbrydeligt, er det persistent og ophobes i miljøet. Hastigheden af ​​bionedbrydning afhænger af typen af ​​overfladeaktivt middel og varierer fra 1-2 timer for fedtsyrer og 1-2 dage for lineære alkylbenzensulfonater til flere måneder for forgrenede alkylbenzensulfonater.

Ved bestemmelse af den biologiske nedbrydning af overfladeaktive stoffer skal det huskes, at hastigheden afhænger af mange faktorer: koncentration af overfladeaktive stoffer, opløsnings pH og temperatur. Temperaturen har en særlig stærk indflydelse. Forfaldsrater kemiske stoffer i fabrikkens spildevandslaguner i Nordeuropa, afhængigt af årstiden, varierer med næsten fem gange.

To kriterier er vigtige for at bestemme bionedbrydning: primær nedbrydning og slutprodukter. Primær nedbrydning af det overfladeaktive middel er forbundet med tab af overfladeaktivitet. For eksempel kan ester-overfladeaktive stoffer hurtigt nedbrydes til alkohol og syre, som ikke har høj overfladeaktivitet. Dette kriterium er af interesse i specielle lejligheder for eksempel, når man skal beslutte, om produkter vil ophobes i miljøet, hvilket får vandområder til at buldre.

Fra et miljømæssigt synspunkt er slutprodukterne af bionedbrydning vigtigere. Der er mange metoder til at udføre bionedbrydelighedstests. Blandt dem var den mest populære den modificerede Sturm-test. Denne test bestemmer omdannelsen af ​​overfladeaktivt stof til kuldioxid over tid. Bestemmelsen udføres i lukkede beholdere, hvori sedimentet fra fabrikssumpens spildevand føres ind. Overfladeaktive stoffer indføres i en serie af beholdere, den anden serie forbliver uden overfladeaktive stoffer. Mål mængden af ​​frigivet gas som funktion af tiden. Forskellen registreret i disse to serier gør det muligt at evaluere den biologiske nedbrydning af overfladeaktive stoffer. For de fleste overfladeaktive stoffer blev der fundet en induktionsperiode med biologisk nedbrydning efterfulgt af en stejl stigning i gasudviklingskurven, hvorefter afhængigheden når et plateau. Et typisk testresultat og de kriterier, der skal være opfyldt, er vist i fig. fjorten.

Ris. 14. Kriterier for at bestå bionedbrydelighedstesten og en typisk kinetisk kurve for bionedbrydning af overfladeaktive stoffer.

Bemærk den lange induktionsperiode, før nedbrydning begynder

Bioakkumulation

Hydrofobe organiske forbindelser ophobes i miljøet, fordi alle biologiske nedbrydningsprocesser kræver et bestemt vandmiljø. Bioakkumulering kan måles direkte i fisk, men er mere almindeligt beregnet ud fra modelforsøg. For at gøre dette skal du måle fordelingen af ​​komponenten mellem to væskefaser - octanol og vand - og bruge den logaritmiske værdi lgP. Et overfladeaktivt stof anses for at være bioakkumulerende ved 1^ 0 kt/vand > 3. De fleste overfladeaktive stoffer er karakteriseret ved lgP-værdier< 3, поэтому биоаккумулирование не рассматривается как опасная экологическая проблема.

LogP-værdier er kendt og indsamlet for mange overfladeaktive stoffer, de kan bruges til at vurdere overfladeaktive stoffers hydrofilicitet: Jo lavere logP-værdien er, jo højere er det overfladeaktive stofs hydrofilicitet. Overfladeaktive midlers hydrofilicitet er nyttigt at overveje, når sammensætninger sammensættes. Ofte bruges en mere velkendt standard baseret på konceptet hydrofil-lipofil balance til samme formål. HLB er meget brugt til udvælgelse af emulgatorer. Mellem lgP og GLB er der omvendt proportionalitet: Jo højere HLB-værdien er, jo lavere er lgP-værdien. Konceptet med den kritiske pakningsparameter giver en anden måde at vurdere overfladeaktive stoffers hydrofilicitet.

Surfaktant mærkning

I henhold til anbefalingerne fra Organisationen for Økonomisk Samarbejde og Udvikling skal mærkningen af ​​overfladeaktive stoffer omfatte værdierne for toksicitet i vandmiljøet og bionedbrydelighed. Ris. 15 illustrerer denne fremgangsmåde. Egenskaber baseret på biologisk nedbrydelighed og toksicitet i vand

Ris. femten. Økologisk klassificering overfladeaktivt middel

miljø. De skraverede områder i diagrammet svarer til de tilladte værdier af miljøindikatorer

De fleste af de overfladeaktive stoffer, der almindeligvis anvendes i dag, ligger i grænseregionen. Dette forklarer forskernes ønske om at erstatte dem med komponenter, hvis egenskaber ville tillade stoffer at blive placeret på dette diagram "højere og til højre."

Akvatisk toksicitet, bionedbrydelighed og bioakkumulationstest giver helt sikkert et fuldstændigt billede af overfladeaktive stoffers indvirkning på miljøet. Der er andre parametre, der er nyttige til at bestemme miljøpåvirkningen af ​​overfladeaktive stoffer. Desuden indeholder slutproduktet ofte en blanding af overfladeaktivt stof eller en blanding af overfladeaktivt middel og polymer. Da det er velkendt, at den fysisk-kemiske adfærd af overfladeaktive stoffer i sådanne blandinger er meget forskellig fra adfærden i en individuel opløsning, kan det forventes, at de biologiske effekter vil være anderledes. For at få et komplet billede skal der udføres miljøtest for alle slutprodukter.

Tabel 8. Yderligere vigtige faktorer, som er nyttige at overveje sammen med akvatisk toksicitet, bionedbrydelighed og bioakkumulering for at vurdere økotoksiciteten af ​​overfladeaktive stoffer

Bionedbrydningshastighed og struktur af overfladeaktive molekyler

Lad os overveje nogle parametre, der påvirker hastigheden af ​​overfladeaktivt stofs biologiske nedbrydning. Først og fremmest er det nødvendigt, at det overfladeaktive middel er tilstrækkeligt opløseligt i vand. For lipofile overfladeaktive stoffer, såsom fluorerede derivater, akkumuleres i kroppens lipidvæv og ødelægges meget langsomt. Som nævnt ovenfor er mange overfladeaktive stoffer tilstrækkeligt opløselige i vand, så bioakkumuleringen af ​​det oprindelige overfladeaktive stof udgør ikke en stor trussel. Imidlertid indledende fase biologisk nedbrydning kan resultere i dannelsen af ​​mellemprodukter, der er tungtopløselige i vand. Et velkendt eksempel er klassen af ​​ethoxylerede alkylphenoler, som nedbrydes ved oxidativ spaltning fra polyoxyethylenkædens hydroxylterminal. I dette tilfælde dannes ethoxylerede alkylphenoler med polære grupper af kun få oxyethylenfragmenter. Sådanne forbindelser er meget lipofile og nedbrydes ekstremt langsomt. En undersøgelse af fisk udsat for ethoxylerede nonylphenoler viste højt niveau akkumulering af nonylphenoler med to og tre oxyethylengrupper i lipidvæv. Disse data tjente som en af ​​grundene til streng kontrol over virkningen af ​​denne klasse af overfladeaktive stoffer på miljøet. Fedtalkoholethoxylater ser ud til at blive nedbrudt af forskellige mekanismer, så lipofile metabolitter dannes ikke i nævneværdige mængder.

Sammen med opløselighed i vand er det nødvendigt, at det overfladeaktive molekyle indeholder bindinger, der let ødelægges i processerne med enzymatisk katalyse. De fleste kemiske bindinger ødelægges fuldstændigt i naturen, men det er vigtigt, at destruktionshastigheden er høj nok til at forhindre det overfladeaktive stof og dets metabolitter i at komme ud i miljøet i uacceptable mængder. For at øge hastigheden af ​​biologisk nedbrydning er det nu almindelig praksis at indføre svage bindinger i strukturen af ​​overfladeaktive molekyler. I princippet kan sådanne let brudte bindinger arrangeres tilfældigt i det overfladeaktive stofmolekyle, men for at lette syntesen indføres de normalt mellem den hydrofobe "hale" og den polære gruppe. Typiske eksempler på sådanne bindinger er ester- og amidbindinger, hvis ødelæggelse katalyseres af henholdsvis esteraser/lipaser og peptidaser/acylaser. Man kunne tro, at esterbindinger i ikke-ioniske overfladeaktive stoffer er en kilde til miljøproblemer, da enzymer, der spalter etherbindinger, ikke er særlig almindelige i naturen. Det er det dog ikke. Under aerobe forhold dannes hydroperoxider i a-stillingen i forhold til etherbindingen, og ødelæggelsen af ​​molekyler sker med dannelse af aldehyder og syrer.

Den tredje faktor, der skal tages i betragtning ud over opløselighed i vand og tilstedeværelsen af ​​ødelæggelige bindinger, er forgreningen af ​​den upolære del af det overfladeaktive stofmolekyle. Høj forgrening af kulbrinte-"haler" fører ofte til et fald i hastigheden af ​​biologisk nedbrydning. Dette skyldes sandsynligvis steriske hindringer skabt af sidegrupperne for, at det overfladeaktive stof molekyle kan nå det aktive sted af enzymet. Men billedet er ikke helt klart. Nogle typer forgrening ser ud til at være farligere end andre, hvilket sandsynligvis skyldes specifikke funktioner specifikt enzym. Methylsidegrupper er mindre af et problem end længere alkylsidekæder. Men hvis det overfladeaktive molekyle indeholder mange methylgrene i træk, som i polyderivater, bliver sådanne forbindelser farlige fra et miljømæssigt synspunkt. Et overbevisende bevis på betydningen af ​​lineariteten af ​​alkylkæder er forskellen i hastighederne for biologisk nedbrydning af alkylbenzensulfonater med lineære og forgrenede kæder. Som allerede nævnt blev forgrenede alkylbenzensulfonater, derivater af tetra-1,2-propylen som alkylkæden, tidligere brugt som hovedkomponenter i sammensætningen af ​​husholdningsvaskemidler. De er billige, effektive som overfladeaktive stoffer og kemisk stabile, men for stabile set fra et miljømæssigt synspunkt. Når i 1960'erne og 1970'erne miljøproblemer opstod, blev disse overfladeaktive stoffer hurtigt erstattet af analoger med lineære alkylkæder. Lineære alkylbenzensulfonater nedbrydes tilfredsstillende under aerobe forhold. Imidlertid er deres anaerobe bionedbrydningshastighed relativt langsom, så forskere gør en indsats for også at overvinde denne vanskelighed. Det er blevet fastslået, at overfladeaktive stoffers evne til at bionedbrydes stærkt afhænger af forgreningens position i kulbrintekæden. Forgrening ved carbonatomer to atomer væk fra en spaltelig binding er mindre skadelig for biologisk nedbrydning end forgrening ved et carbonatom adskilt af et atom fra en spaltelig binding. Alt ovenstående er vigtigt, fordi oxoalkoholer, der i vid udstrækning anvendes som råmaterialer til syntese af overfladeaktive stoffer, indeholder et stort antal af 2-alkylgrene. Det er blevet fastslået, at længden af ​​2-alkylsidekæden praktisk talt ikke har nogen indvirkning på bionedbrydningshastigheden. Der kræves dog stadig meget arbejde for at lære at forudsige den biologiske nedbrydning af overfladeaktive stoffer baseret på kemisk formel dens molekyler.

Beskyttelse miljø som et incitament til at søge efter nye sikre overfladeaktive stoffer

Alle større typer overfladeaktive stoffer har eksisteret omkring os i årtier. Deres produktionsmetoder er optimeret, og deres fysisk-kemiske egenskaber er relativt velundersøgte. Sammen med den konstante udfordring med at finde måder at reducere omkostningerne ved at fremstille eksisterende overfladeaktive stoffer på, er udviklingen af ​​overfladeaktive stoffers kemi i de senere år blevet påvirket af et marked med en stadigt stigende efterspørgsel efter "grønne" produkter. I dag kan to tydelige tendenser inden for forskning rettet mod syntese af nye overfladeaktive stoffer bemærkes: 1) syntese af overfladeaktive stoffer fra naturlige byggesten, 2) syntese af overfladeaktive stoffer med brydende bindinger. Nedenfor gennemgår vi kort, hvordan produktionen af ​​overfladeaktive stoffer fra naturlige byggesten udvikler sig.

polære grupper

To typer naturlige produkter er blevet undersøgt til brug som polære grupper af overfladeaktive stoffer - kulhydrater og aminosyrer. Overfladeaktive stoffer kan opnås ved anvendelse af organisk og enzymatisk syntese eller en kombination af begge syntesemetoder. Den største indsats har været rettet mod at opnå overfladeaktive stoffer med polære grupper fra kulhydrater.

I de sidste par år har forskningen fokuseret på tre klasser af overfladeaktive stoffer, hvor de polære grupper er kulhydrat eller polyvalent alkohol - disse er alkylpolyglukosider, alkylglucamider og sukkerestere. De molekylære strukturer af disse tre typer overfladeaktive midler er vist i fig. 16.

Ris. 16. Strukturen af ​​nogle typiske overfladeaktive stoffer, derivater af polyvalente alkoholer

I øjeblikket er der stor interesse for undersøgelsen af ​​alkylglucosider i forbindelse med udsigterne for deres udbredt brug. Sådanne overfladeaktive midler syntetiseres ved direkte reaktion af glucose med fedtalkohol under anvendelse af et stort overskud af alkohol for at minimere kulhydratoligomerisering. Alternativ måde er transacetalisering af kortkædede alkylglucosider, når de interagerer med langkædede alkoholer. Begge processer bruger en syre som katalysator. Råmaterialet er glucose eller fraktioner af hydrolyseret stivelse. Ris. 17 illustrerer en sådan syntese. Alkylglucosider kan opnås ved enzymatisk syntese med P-glucosidase, som et resultat af reaktionen opnås kun P-anomeren i lave udbytter. Den tilsvarende a-anomer kan let opnås ved hydrolyse af racematet katalyseret af p-glucosidase. a, p-blanding, som er et produkt af organisk syntese, adskiller sig væsentligt fra rene enantiomerer opnået ved biokatalytiske midler. P-anomeren af ​​n-octylglucosid har fundet anvendelse som et overfladeaktivt middel i biokemisk forskning.

Alkyl glucosider er stabile ved høje værdier pH og er følsomme over for lav pH, hvorved de hydrolyseres til kulhydrat og fedtalkohol. Kulhydratdelen af ​​det overfladeaktive molekyle er mere opløselig i vand og mindre opløselig i carbonhydrider end de tilsvarende polyoxyethylenblokke; alkylpolyglukosider og andre overfladeaktive stoffer afledt af polyvalente alkoholer er således mere lipofobe end polyoxyethylenoverfladeaktive midler. Dette gør den fysisk-kemiske opførsel af alkylglucosid-overfladeaktive stoffer i olie-vand-systemer helt anderledes end konventionelle ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. Ydermere viser alkylglucosid-overfladeaktive midler ikke en udtalt omvendt temperaturafhængighed af opløselighed, der er karakteristisk for ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. Og dette fører til store forskelle i egenskaberne af opløsninger af de to overvejede typer overfladeaktive stoffer. Hovedattraktionen af ​​alkylglucoside overfladeaktive stoffer ligger i deres gunstige miljøegenskaber: de er karakteriseret høje hastigheder

Ris. 17. Metoder til opnåelse af overfladeaktive alkylglucosid

biologisk nedbrydeligt og ikke-giftigt for vandområder. Derudover har disse stoffer, som er milde overfladeaktive stoffer, ikke uønskede virkninger på hud og øjne, hvilket gør denne klasse af overfladeaktive stoffer meget attraktive for produkter til personlig pleje, selvom de har fundet en lang række andre teknologiske anvendelser.

Alkyglucamider er kommercielt vigtige produkter. Produkt forbrugt i enorme tal i vaskemidler er det N-dodecano-yl-K-methylglucamin, dvs. et C12-derivat. Det er lavet af glucose, methylamin, hydrogen og methyllaurat i to trin. Fysiokemiske egenskaber og andre egenskaber for overfladeaktive stoffer af denne klasse ligner dem for alkylglucosider. Men mens alkylglucamider er ekstremt resistente over for alkalier og ustabile over for syrer, er alkylglucamider også resistente over for alkalier, men også relativt resistente over for syrer.

Estere af glucose kan opnås enten ved enzymatisk syntese under anvendelse af en lipasekatalysator eller ved organisk syntese. På optimale valg Enzymets bioorganiske vej kan resultere i esterificering næsten udelukkende ved 6-stillingen af ​​kulhydratresten. Organisk syntese kræver anvendelse af beskyttelsesgrupper for at tilvejebringe den nødvendige selektivitet. Selektiv enzymatisk syntese af estere af andre kulhydrater uden forudgående beskyttelse af grupperne er vanskelig. Samtidig er det, baseret på acetalerne af kulhydrater og fedtsyrer, muligt at opnå monoestere af kulhydrater med et godt udbytte, og efter stadiet med afbeskyttelse fra en del af udgangsstofferne kan mono- og di-derivater opnås. Alle kulhydratestere er meget labile under alkaliske forhold og meget stabile under sure forhold. Forfaldsprodukter - naturlige produkter. Kulhydratestere er således en ideel kandidat til fødevareoverfladeaktive stoffer, disse stoffer ser ud til at undergå hurtig biologisk nedbrydning, uanset størrelsen af ​​kulhydratgruppen og uanset længden af ​​acylkæden. Sulfonerede estere af kulhydrater er også blevet opnået. Det viste sig, at sådanne anioniske overfladeaktive stoffer undergår biologisk nedbrydning ved lavere hastigheder.

Overfladeaktive stoffer baseret på polyvalente alkoholer har mange attraktive egenskaber: de er bløde for huden, ikke-toksiske for vandområder, de nedbrydes biologisk ved høje hastigheder, de er nemme at arbejde med, og de er tolerante over for høje elektrolytkoncentrationer. Nogle karakteristiske egenskaber for overfladeaktive stoffer baseret på polyvalente alkoholer er vist i tabel 9.

Kulbrinteradikaler

Fedtsyrer er primært og i lang tid blevet brugt som naturlige kilder til hydrofobe dele af overfladeaktive stoffer, for eksempel til fremstilling af ethoxylerede fedtsyrer og sorbitanfedtsyreestere. For nylig er fedtsyrer blevet brugt til at opnå ethoxylerede derivater af monoethanolamid.

Tabel 9. Karakteristika for overfladeaktive stoffer baseret på polyvalente alkoholer

1.	Aerob og anaerob bionedbrydning sker hurtigt.
2.	Lav toksicitet i vandmiljøet.
3.	Hydroxylgrupper er meget lipofobe. På samme tid
Overfladeaktive stoffer med tilstrækkeligt lange kulbrintehaler har mere
skør hydrofobicitet. På grund af dette udviser sådanne overfladeaktive midler en udtalt
nuyu tilbøjelighed til at blive lokaliseret ved vand-olie-grænsefladen.
4.	Temperaturens indvirkning på opløsningernes adfærd er ubetydelig og modvirker
falsk til virkningen af ​​temperatur på ethoxylerede overfladeaktive stoffer. Ved kompilering
blandinger af overfladeaktive stoffer fra derivater af polyvalente alkoholer og
ethoxylerede overfladeaktive stoffer, sammensætninger af ikke-ioniske
overfladeaktive stoffer, hvis faseadfærd ikke afhænger af temperaturen

som igen opnås ved aminolyse af fedtsyremethylestere med ethanolamin. Ethoxylerede fedtsyreamider er af interesse som et alternativ til fedtalkoholethoxylater i følgende grunde: 1) de er let bionedbrydelige med dannelse af fedtsyrer og poly med aminerede ender, 2) amidbindingen i det overfladeaktive stof bidrager til pakningen af ​​det overfladeaktive stof på grund af dannelsen af ​​en hydrogenbinding, 3) dobbeltbindinger i fedtsyrekæder bevares i produktet.

Det er kendt, at dobbeltbindinger i kulbrintehaler øger CMC på grund af en stigning i det overfladeaktive stofs hydrofilicitet, og også på grund af en stigning i kædevolumenet, hvilket gør det vanskeligt at pakke ind i tætte aggregater og danne hydrogenbindinger mellem amidgrupper . Tilstedeværelsen af ​​en dobbeltbinding har ringe effekt på tværsnitsarealet af molekyler på overfladen. To dobbeltbindinger øger dette område markant. Fedtsyreamidethoxylater med dobbeltbindinger i carbonhydrid-"halen" er af interesse som polymeriserbare overfladeaktive stoffer.

Steroler er en anden klasse af naturlige stoffer, der er af interesse som kilde til hydrofobe blokke til produktion af overfladeaktive stoffer. Feature Sterolbaserede overfladeaktive stoffer - tilstedeværelsen af ​​en stor hydrofob gruppe af naturlig oprindelse, som på grund af den næsten flade struktur af fire cyklusser fremmer tæt pakning i overfladelagene. Steroler kaldes phytosteroler. planteoprindelse, på nuværende tidspunkt er de allerede meget brugt som råmaterialer til fremstilling af overfladeaktive stoffer. Deres struktur ligner den for kolesterol, som er et eksempel på animalske steroler. Steroler indeholder en sekundær hydroxylgruppe, der kan ethoxyleres. Imidlertid er alkoholgruppen sterisk beskyttet, og reaktionen med ethylenoxid forløber ikke direkte. Optimal procedure er som følger: Udfør først ethoxylering med en Lewis-syre som katalysator, stop derefter reaktionen efter indføring af 3-5 mol ethylenoxid og fortsæt reaktionen igen, men med KOH som initiator.

Ethoxylerede steroler er store stive molekyler, derfor er det nødvendigt for dannelsen af ​​et ligevægtsoverfladelag lang tid, og det tager flere timer at nå den ekstremt lave overfladespænding. Det er også muligt, at den lange tid til at nå ligevægt er forbundet med udvekslingsreaktioner af sterolethoxylater med forskellige længder polyoxyethylenkæde ved vand-luft-grænsefladen og langsomme konformationelle ændringer af molekyler på overfladen. Strukturen af ​​steroler er stiv, og den tid, der kræves for at opnå den optimale konformation i overfladelag, kan være meget store. Sterolbaserede overfladeaktive stoffer er af interesse som solubiliseringsmidler og emulgatorer ved fremstilling af lægemidler og kosmetik.