Каковы типы поверхностно-активных веществ? Как работают поверхностно-активные вещества?
ПАВ широко используется в тонкой химической промышленности. Оно относится к веществам, способным значительно снижать поверхностное натяжение целевого раствора. Оно имеет фиксированные гидрофильные и липофильные группы и может быть ориентировано на поверхности раствора. К распространенным ПАВ относятся анионные ПАВ, катионные ПАВ, цвиттерионные ПАВ и неионные ПАВ.
Катионное поверхностно-активное вещество
Катионные ПАВ — это в основном азотсодержащие органические производные аминов. Поскольку атом азота в молекуле содержит одиночную пару электронов, он может соединяться с водородом в молекуле кислоты посредством водородной связи, так что аминогруппа оказывается положительно заряженной.
Классификация катионных ПАВ
В соответствии с химической структурой катионных ПАВ их можно разделить на четыре типа: тип аминной соли, тип четвертичной аммониевой соли, тип гетероциклической соли и тип локсановой соли.
1. Тип аминной соли: Это общее название первичной аминной соли, вторичной аминной соли и третичной аминной соли ПАВ. Их свойства очень похожи, в основном это соль, образованная алифатическим амином и неорганической кислотой, которая растворима только в кислом растворе. В щелочных условиях соли аминов легко реагируют с основаниями, образуя свободные амины и снижая их растворимость, поэтому сфера их применения ограничена.
2. Тип четвертичной аммониевой соли: Это наиболее важная разновидность катионных ПАВ, свойства и способы получения которых отличаются от свойств и способов получения аминных солей. Такие ПАВ растворимы как в кислых, так и в щелочных растворах, обладают рядом превосходных свойств, совместимы с другими типами ПАВ, поэтому широко используются.
3. Гетероциклический тип: Гетероциклические кольца, содержащиеся в молекуле катионного ПАВ, в основном представляют собой азотсодержащие кольца морфолина, пиридина, имидазола, пиперазина и хинолина.
4. Тип халяльной соли: Катионные ПАВ можно разделить на ПАВ, содержащие N, P, As, S, I и другие элементы, в зависимости от различия гетероатомов, но этот метод классификации используется редко. В соответствии с атомами, несущими положительный заряд, к катионным ПАВ также относятся соли, сульфониевые соли, йодистые соли и солевые соединения.
Применение катионных ПАВ
Катионные ПАВ обладают хорошими стерилизующими, смягчающими, антистатическими и антикоррозионными эффектами, а также некоторыми эмульгирующими и смачивающими свойствами и часто используются для специальных целей, таких как фунгициды, смягчители волокон и антистатические агенты.
Анионное поверхностно-активное вещество
Анионные ПАВ — это класс продуктов с самой длительной историей развития, самым большим объемом производства и самым большим разнообразием ПАВ. Анионные ПАВ делятся на сульфонаты и сульфаты в соответствии со структурой их гидрофильных групп, которые являются основными категориями анионных ПАВ в настоящее время. Различные функции ПАВ в основном проявляются в изменении свойств поверхности жидкости, границы раздела жидкость-жидкость и границы раздела жидкость-твердое тело, среди которых поверхность (граница) жидкости является наиболее важной.
Типы анионных ПАВ
1. Карбоксилат: анионное ПАВ, гидрофильной группой которого является карбоксильная группа, включая калиевые, натриевые, аммониевые и триэтаноламмониевые соли высших жирных кислот. Поверхностно-активным мотивом после ионизации в воде является анион жирной кислоты.
2. Эфирная соль серной кислоты: Серная кислота является дибазовой кислотой, которая может образовывать моноэфир серной кислоты и диэфир серной кислоты при этерификации со спиртами. Соль, образующаяся при нейтрализации моноэфира серной кислоты и щелочи, называется сульфатной солью.
3. Фосфатно-эфирные соли: Соли алкилфосфатных эфиров включают соли моно- и диэфиров алкилфосфорной кислоты, а также соли моно- и диэфиров фосфорной кислоты полиоксиэтиленовых эфиров жирных спиртов и соли моно- и диэфиров алкилфенольных полиоксиэтиленовых эфиров фосфорной кислоты. Наиболее распространенными являются моно- и диэфирные соли алкилфосфатов.
4. Сульфонат: После ионизации в воде анион, создающий поверхностную активность в виде сульфоната (R-S03), называется анионным ПАВ сульфонатного типа. Обычно используются диоктил сукцинат сульфонат натрия (Aloso-OT), додецилбензол сульфонат натрия и гликохолат натрия. Его растворимость в воде и кислотостойкость, устойчивость к солям кальция и магния несколько хуже, чем у сульфата, но он нелегко гидролизуется в кислом растворе.
Цвиттерионное поверхностно-активное вещество
Амфотерные ПАВ относятся к поверхностно-активным веществам, обладающим одновременно двумя ионными свойствами. Однако так называемые двусторонние ПАВ относятся к ПАВ, состоящим из анионов и катионов, то есть на одном конце гидрофильной группы находится катион. А анион — это поверхностно-активное вещество, которое объединяет эти два компонента.
Применение цвиттерионных ПАВ
1. Очистка воды в водопроводной промышленности, очистка воды с высокой мутностью, отстаивание, промывка угля, обработка минералов, металлургия, черная металлургия, цинк, алюминиевая промышленность, электронная промышленность и т.д.
2. Широко используется в нефтяной промышленности, добыче нефти, буровом растворе, обработке отработанного раствора, предотвращая канализирование воды, уменьшая трение, повышая нефтеотдачу и третичную нефтеотдачу.
3. Используется в качестве пропитывающего агента для текстиля, со стабильными характеристиками пропитывания, меньшим пропитыванием, низким уровнем разрыва ткани и гладкой поверхностью ткани.
4. Используется в бумажной промышленности, в том числе для улучшения удерживания наполнителей и пигментов. Для того, чтобы уменьшить потери сырья и загрязнение окружающей среды; второе — для улучшения прочности бумаги (включая сухую прочность и влажную прочность), кроме того, использование PAM может также улучшить сопротивление разрыву и пористость бумаги для улучшения визуальных и печатных свойств
5. Используется в пищевой и чайной оберточной бумаге, других отраслях промышленности, пищевой промышленности, используется для осветления тростникового сока и извлечения фосфорного плава из сиропа при производстве тростникового и свекловичного сахара.
Неионогенное поверхностно-активное вещество
Неионогенные ПАВ относятся к молекулам с эфирными группами в качестве основных гидрофильных групп в молекуле, которые не диссоциируют в водных растворах, и чья поверхностная активность отражается от нейтральных молекул. Неионогенные ПАВ обладают высокой поверхностной активностью, хорошими солюбилизирующими, моющими, антистатическими, диспергирующими кальциевое мыло и другими свойствами, меньше раздражают, а также отлично смачивают и моют.
Применение неионогенных поверхностно-активных веществ
Неионогенные ПАВ в основном используются в производстве повседневной промышленной продукции для изготовления моющих средств, косметики, лекарств и т.д. Основными компонентами мыла и моющих средств являются неионогенные ПАВ, которые удаляют грязь с твердых поверхностей благодаря своему хорошему смачивающему, солюбилизирующему и эмульгирующему действию в процессе мытья.
Поверхностно-активные вещества в косметике
1. Эмульгирование
ПАВ могут заставить несмешивающиеся масляную и водную фазы смешиваться вместе, образуя относительно стабильную дисперсную систему, то есть эмульсию. Роль, которую играют поверхностно-активные вещества в эмульсии, называется эмульгированием. ПАВ, играющие роль эмульгатора, мы называем эмульгаторами. Поэтому в кремах и лосьонах, которыми мы пользуемся каждый день, присутствуют ПАВы.
Так называемое эмульгирование означает, что самые распространенные кремы и увлажняющие лосьоны в средствах по уходу за кожей содержат как маслорастворимые ингредиенты, так и большое количество воды. Они представляют собой соединения, образованные двумя типами химических веществ: маслорастворимыми ингредиентами и водой. Но почему же мы не видим ни капель внутри, ни воды, просачивающейся наружу, под взглядом человека? Это потому, что в них уже создана хорошо продуманная система диспергирования, то есть маслорастворимые компоненты равномерно диспергируются в воде в виде мелкодисперсных жидкостей, или вода равномерно диспергируется в маслорастворимых компонентах в виде мелкодисперсных жидкостей. Первый вариант называется «масло в воде», а второй — «вода в масле». Такие средства по уходу за кожей называются средствами на основе растворителей и являются наиболее распространенным типом средств по уходу за кожей. Как всем известно, при любых нормальных условиях масло и вода смешиваются друг с другом. После прекращения смешивания масло и вода возвращаются в исходное состояние, и стабильная и однородная децентрализованная система управления не может быть достигнута. Маслорастворимые компоненты и вода часто могут создавать хорошо перемешиваемую дисперсную систему управления. Благодаря добавлению поверхностно-активных веществ, уникальная структура поверхностно-активных веществ может сделать два типа химических веществ, масло и воду, которые смешиваются, равномерно распределенными. Смешиваясь вместе, они создают относительно стабильную систему управления дисперсией, то есть растворитель, эффект, который ПАВ полностью оказывает в растворителе, называется эмульгированием. Мы называем поверхностно-активное вещество, которое полностью проявляет эффект эмульгирования. Это деэмульгатор. Поэтому в кремах и увлажняющих лосьонах, которыми все обычно пользуются, есть ПАВы.
2. Солюбилизация .
ПАВ могут повышать растворимость некоторых нерастворимых или нерастворимых веществ в воде, так что они могут быть полностью растворены в воде и в итоге образуют прозрачное состояние. Этот эффект называется солюбилизацией. Агенты также называют солюбилизаторами.
Поверхностно-активные вещества могут расширить растворимость некоторых нерастворимых или нерастворимых в воде химических веществ в воде, так что они могут быть полностью растворены в воде, и в итоге образуется абсолютно прозрачная ситуация. Солюбилизирующие поверхностно-активные вещества также называют солюбилизаторами. Например, вы хотите добавить маслорастворимый ингредиент с очень хорошими свойствами по уходу за кожей в полностью прозрачный тонер, но масло не может быть растворено в воде, а только плавает на поверхности тонера в виде маленьких капелек. В это время можно использовать солюбилизирующий эффект поверхностно-активных веществ. При добавлении поверхностно-активных веществ маслорастворимые ингредиенты очень хорошо растворяются в воде для размягчения, и в итоге продукт приобретает отличный прозрачный вид. Однако следует отметить, что количество маслорастворимых компонентов, растворяемых методом солюбилизации, относительно ограничено, и многие маслорастворимые компоненты не могут быть полностью растворены в воде по методу солюбилизации. Поэтому с увеличением количества маслорастворимых компонентов, количество поверхностно-активных веществ также должно быть увеличено, и маслорастворимые компоненты и вода образуют эмульсию, именно поэтому некоторые тонеры не являются полностью прозрачными и молочно-белыми, потому что растения по уходу за кожей внутри содержат много масляных компонентов, а поверхностно-активное вещество будет причиной водной эмульсии.
3. Очищающий эффект
Наиболее широкое и практичное основное свойство ПАВ — эффект мытья и обеззараживания. Лаурилсульфат натрия является широко используемым сырьем в очищающих сериях косметики, благодаря которому кожа может достичь хорошего очищающего эффекта. Амфотерные ПАВы имидазолин, кокамидопропил бетаин и аминокислоты являются мягкими очищающими ПАВами и незаменимыми компонентами для приготовления элитных средств для мытья лица, шампуней для ухода за волосами и детских шампуней.
4. Дисперсия
Явление, когда поверхностно-активные вещества заставляют нерастворимые в воде вещества образовывать частицы в воде и равномерно рассеиваться, называется дисперсией, которая максимально усиливает действие пудры для отбеливания, консилера и солнцезащитного крема.
5. Увлажняющий эффект
Косметика неотделима от смачивающего эффекта поверхностно-активных веществ, и биосурфактанты достигли в этом отношении замечательных результатов. Являясь важным компонентом биологических клеток, фосфолипиды играют важную роль в клеточном метаболизме и проницаемости клеточных мембран | биорегуляции, а также обладают хорошей увлажняющей и проникающей способностью для кожи человека. Софоролипидные биосурфактанты обладают особым сродством к коже, благодаря чему кожа становится мягкой и влажной.
6. Эффект пены
Образование пены происходит в основном за счет направленной адсорбции активного агента, которая обусловлена снижением поверхностного натяжения между газовой и жидкой фазами. Как правило, низкомолекулярные активные агенты легко пенятся, высокомолекулярные активные агенты пенятся меньше, желтый миристат имеет самую высокую пенящуюся способность, а стеарат натрия — самую плохую пенящуюся способность. Например, алкилбензолсульфонат натрия обладает сильными пенообразующими свойствами. Обычно используемые стабилизаторы пены включают амиды жирных спиртов, карбоксиметилцеллюлозу и т.д., а ингибиторы пены включают жирные кислоты, эфиры жирных кислот, полиэфиры и т.д. и другие неионогенные ПАВ.
Некоторые ПАВ обладают очень хорошими очищающими и вспенивающими полиуретан эффектами. Хорошо знакомое всем мыло — очень распространенный тип ПАВ. Активирующий агент) для достижения эффекта очистки и вспенивания полиуретана. Некоторые очищающие средства также полностью выполняют очищающий эффект в соответствии с мыльными ингредиентами внутри, но мыльные ингредиенты обладают сильной очищающей способностью, что очень легко вызывает обезжиривание кожи, и раздражение немного сильнее. Поэтому сухая кожа и чувствительная кожа не подходят для применения таких очищающих средств. Кроме того, такие средства, как мыло для тела, шампунь, дезинфицирующее средство для рук и отбеливающая зубная паста, содержат поверхностно-активные вещества, которые в полной мере проявляют свои очищающие и полиуретановые пенообразующие свойства.