По химическому строению
и некоторому сходству свойств АмПАВ
делят на 5 основных групп:
1. Алкиламинокарбоновые кислоты
RNH(CH2)nСOOH; алкильный радикал амина
обычно норсальный (прямоцепочечный),
но если он расположен между аминной группой
и карбоксильной, иногда имеет разветвленный
характер. К этой же группе относят
алкил-
аминофенилкарбоновые
кислоты RNHC6H4COOH; алкиламинокарбоновые
кислоты с первичной, вторичной или третичной
аминогруппой RCH(NH2)COOH, RCH(NHR’)COOH, R(CH3)NCH2COOH;
с промежуточной гидроксильной, эфирной,
сложноэфирной, амидной или сульфамидной
группой, вещества с двумя и более амино-
и амидогруппами, с несколькими амино-
и гидроксильными группами.
2. Алкилбетаины
представляют собой наиболее важную группу цвиттерионных
АмПАВ. Их можно разделить на 5 основных
групп: а) алкилбетаины - С-алкилбетаины RCH[N+(CH3)3]COO-
и N-алкилбетаины RN+(CH3)2CH2COO;
б) сульфит-, сульфо-,
сульфат- и фосфатбетаины
RN+(CH3)2CH2CH2OSO2-,
RN+(CH3)2CH2CH2SO2-,
RC6H4CH2N+(CH3)2CH2CH2OSO3-,
N+(CH3)2CH2CH(OH)CH2OPO3-;
в) амидобетаины RCONH(CH2)3N+(CH3)2COO-;
г) оксиэтилированные бетаины
RN+[(C2H4O)pН][(C2H4O)gН]CH2COO-;
д) другие цвиттер-ионные ПАВ.
3. Производные алкилимидозалинов,
в молекулах которых анионные
и катионные группы имеют
примерно одинаковые константы
ионизации (формулы 1.7 и 1.8 ), где R - алкил, С7 - С17, R’ - H, СН2СООМ (М - металл). По структуре и методам синтеза
выделяют бетаиновые ПАВ, включающие карбокси-,
сульфо-, сульфат- или сульфоэфирную группу
(формула 1.9); R’= (CH2)nCOO-, (CH2)3SO3-,
CH2CH(OH)CH2OSO3- и прочие
«небетаиновые» имидозалиновые ПАВ (формула
1.10); R’=CH2COONa, (CH2)2N(CH2COO)2,
(CH2)2N=CHC6H4SO3H,
(CH2)2OSO3H. Сбалансированность
неионизированных групп обеспечивает
этим соединениям хорошие коллоидно-химические
и санитарно-гигиенические свойства.
4. Алкиламиноалкансульфонаты
и сульфаты (АААС1 и АААС2 соответственно).
Анионно-ориентированные вещества легко
переходят в цвиттер-ионную форму, что
позволяет выделять их в чистом виде. Константа
ионизации кислотной группы гораздо больше,
чем основной, поэтому их применяют в щелочной
среде. Однако в случае нескольких основных
групп и при наличии рядом с кислотной
группой других гидрофильных групп эти
вещества по свойствам и областям применения
сходны с амфолитными
ПАВ и обладают бактерицидным действием.
В зависимости от констант ионизации
можно выделить соли
АААС1-RN(R’)-R’’-SO3M, AAAC2
- RN(R’)-R’’-OSO3M, производные ароматических
аминосульфокислот RR’N-Ar-SO3M, аминосульфонаты
с атомом N в гетероциклах (формула 1.11);
аминофосфаты и аминофосфонаты и другие
аминосоединения: соединения типа RR’R’’P(O)(OH)2,
RR’R’’OP(O)(OH)2, где R и R’ - длинный и короткий углеводородные радикалы,
R’’ - короткий двухвалентный радикал; соединения
RN(CH2CH2SO3Na)2. Их отличие - хорошая способность диспергировать
кальциевые мыла и устойчивость к солям
жесткости воды.
5. Полимерные АмПАВ:
природные (белки, нуклеиновые кислоты и т. п.); модифицированные
природные (олигомерные гидролизаты белков,
сульфатированный хитин); продукты ступенчатой
конденсации аминов, формальдегида, альбумина,
жирных кислот; производные целлюлозы,
полученные введением карбоксильных и
диэтаноламиноэтильных групп; синтетические,
в молекулах которых сочетаются структурные
особенности всех приведенных выше групп
АмПАВ (формулы 1.12-1.16).
(1.7)
(1.8)
(1.9)
(1.10)
n
(1.13)
(1.14)
(1.15)
(1.16)
Применение ПАВ
Применение ПАВ определяется
их поверхностной активностью, структурой
адсорбционных слоев и объемными
свойствами растворов. ПАВ обеих
групп (истинно растворимые и
коллоидные) используют в качестве
диспергаторов при измельчении
твердых тел, бурении твердых пород (понизители
твердости), для улучшения смазочного
действия, понижения трения и износа, интенсивности
нефтеотдачи пластов и т.д. Другой важнейший
аспект использования ПАВ - формирование и разрушение пен, эмульсий,
микроэмульсий. Широкое применение ПАВ
находят для регулирования структурообразования
и устойчивости дисперсных систем с жидкой
дисперсионной средой (водной и органической).
Вот основные направления
использования поверхностно-активных
веществ.
- Большая часть производимых ПАВ используется в составе моющих средств, в производстве тканей и изделий на основе синтетических и природных волокон. К крупным потребителям ПАВ относятся нефтяная, химическая промышленности, промышленность строительных материалов и ряд других.
- Значительное количество ПАВ расходуется для бурения с глинистыми растворами и обратимыми эмульсиями вода/масло. Для регулирования агрегативной устойчивости и реологических характеристик растворов применяют высокомолекулярные ПАВ - водорастворимые эфиры целлюлозы, полиакриламид и другие, в эмульсии входят кальциевые соли природных и синтетических жирных кислот (С16-С18 и выше), алкилароматические сульфонаты, алкиламины, алкиламидоамины, алкилимидазолины.
- Катионактивные ПАВ, кроме их общего назначения, нашли широкое использование для формирования трехкомпонентных соединений при определении различных элементов.
- АмПАВ, вследствие низкой токсичности и высокой биоразлагаемости, нашли широкое применение для получения косметических препаратов.
- Вещества со структурой ПАВ широко используются как ингибиторы кислотной коррозии (ИКК) при добыче, транспортировке и переработке углеводородного сырья, включая и газовый конденсат с высоким содержанием сероводорода. К таким ИКК относятся Сепакорр-5427, Додиген-44821, ИКБ-2-2, Виско 904-NIK; Секангаз-9Б и ряд других.
- ПАВ используются для повышения нефтеотдачи пластов посредством мицеллярного заводнения (оксиэтилированные алкилфенолы и спирты, алкилароматические сульфонаты).
- ПАВ применяются как антиокислительные, противозадирные и другие присадки в производстве минеральных масел (мыла синтетических жирных кислот, нефтяные сульфонаты, оксиэтилированные спирты) и пластических смазок (производные фенолов, акриламины, акрил- и арилфосфаты).
- ПАВ способствуют регулированию смачивания при флотации железных и марганцевых руд (мыла синтетических и природных жирных кислот, высшие алифатические амины), руд редких металлов (алкиларсоновые и алкилфосфоновые кислоты, алкилароматические сульфонаты).
- Эмульсионная полимеризация, связанная с получением полистирола и других виниловых полимеров, требует использования карбоксиметилцеллюлозы, винилового спирта, солей синтетических жирных кислот, алкилсульфатов, оксиэтилированных спиртов и алкилфенолов.
- Широко используются ПАВ при производстве химических волокон (оксиэтилированные амины и амиды, проксанолы и проксамины, высшие спирты и кислоты).
- Механическая обработка металлов также связана с использованием ПАВ. Происходит адсорбционное понижение прочности, повышение скоростей резания, строгания, фрезерования (мыла синтетических и жирных кислот, акрилароматические сульфонаты, оксиэтилированные спирты).
- ПАВ нашли широкое использование в промышленности строительных материалов для улудшения механических и реологических свойств бетонных смесей за счет адсорбционного регулирования компонентов (эфиры синтетических жирных кислот, сульфонаты, алкиламины, алкилсульфаты, оксиэтилированные жирные кислоты).
- ПАВ - полиэлектролиты - продукты неполного гидролиза полиакронитрила, продукты амидирования полиакриловой и полиметакриловой кислот, используются для улучшения структуры почв с целью предотвращения эрозии.
1.4.
Литература
1. Воюцкий С.С.
Курс коллоидной химии. М.: Химия,
1975.
2. Фридсберг Д.А. Курс коллоидной
химии. Л.: Химия, 1974.
3. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной
химии. Поверхностные явления
и дисперсные системы. М.: Химия,
1982.
4. Щукин Е.Д., Перцов А.В.,
Амелина Е.А. Коллоидная химия.
М.: Изд-во МГУ, 1982.
5. Грег С., Синг К. Адсорбция,
удельная поверхность, пористость /
Пер. с англ. М.: Мир, 1984.
6. Химическая энциклопедия.
В 5-ти томах. Том 3. М.: Советская
энциклопедия, 1990.
7. Абрамзон А.А., Зайченко
Л.П., Файнгольд С.И. Поверхностно-активные
вещества. Л.: Химия, 1988.