CC BY
204
УДК 675.043
Г. Г. Лутфуллина, З. А. Зиннатуллина
О ВОЗМОЖНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕНООБРАЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
КОМПОЗИЦИЙ ПАВ
Ключевые слова: Поверхностно-активные вещества (ПАВ), анионактивные ПАВ (аПАВ), неионогенные ПАВ (нПАВ),
пенообразующая способность.
Исследованы пенообразующие свойства композиций ПАВ. Подтверждено наличие высоких пенообразующих свойств у аПАВ, а добавление в композиции нПАВ способствует стабилизации получаемой пены.
Key words: Surfactants, anionic surfactants, non-ionic surfactants, foaming ability.
The foaming properties of the compositions of surfactants were researched, this confirmed the presence of high foaming properties of the anionic surfactants, the addition of non-ionic surfactant in the composition contributes to stabilize the foam.
ПАВ - вещества с ассиметричной молекулярной структурой, молекулы которых содержат одну или несколько гидрофильных групп и один или несколько гидрофобных радикалов [1].
Мировое производство ПАВ постоянно возрастает, при этом приоритетным является разработка таких ПАВ, молекулы которых легко подвергаются биохимическому разложению в природных условиях и не загрязняют окружающую среду [2-4]. В общем объеме выпуска ПАВ доля неионогенных и анионактивных постоянно увеличивается.
ПАВ выпускают в виде твердых продуктов (гранул, порошков), жидкостей и полужидких веществ (паст, гелей) в зависимости от назначения и химического состава. В меховой промышленности ПАВ и другие вспомогательные реагенты используют на различных стадиях выделки шкур и полуфабриката [5,6].
Анионактивные ПАВ характеризуются высоким пенообразованием, обладают хорошей моющей способностью. Важными свойствами нПАВ являются смачивающие, эмульгирующие и диспергирующие. Неионогенные ПАВ совместимы с ПАВ всех классов.
С целью регулирования свойств ПАВ применяют их смеси, в которых проявляются синергетические и антагонистические эффекты, т. е. такие смеси могут иметь, как высокие, так и низкие показатели смачивающей, мицеллообразующей,
солюбилизирующей, эмульгирующей способностей и др. [7].
Цель данной работы: оценка и возможность регулирования пенообразующей способности композиций, содержащих неиногенные и анионактивные ПАВ.
Из многообразия областей применения ПАВ эмульсии и пены - одни из главных. Объясняется это, во-первых, тем, что ПАВ являются распространенными реальными системами, во-вторых, что они выполняют важные функции в некоторых производственных процессах. Например, такие процессы, как флотация, моющее действие, смазка, включают как стадию эмульгирования, так и пенообразования [8].
Основными характеристиками пены являются: кратность, кинетическая устойчивость,
характеризуемая временем самопроизвольного разрушения столба пены на половину длины, дисперсность [9].
Пенообразующая способность - это объем пены, образующийся при определенных условиях (температуре, концентрации ПАВ, способе пенообразования) из определенного объема раствора [10]. Количественной мерой такого свойства могут служить объем получаемой пены и время ее существования.
В данной работе для определения устойчивости столба пены использовали время разрушения всей пены. Определены также агрегативная устойчивость, кратность пены и органолептическая оценка дисперсности пены, образуемой водными растворами композиций, состоящих из аПАВ (ММаи ЕЬ-80) и нПАВ (Неонол АФ 9-12) (таблица 1).
В качестве контрольных опытов использовали индивидуальные аПАВ: М1ш1ап БЬ-80, Алкилсульфонат натрия.
Для получения пены применяли диспергационный метод, а именно, встряхивание. Известно применение и конденсационных методов.
В цилиндр на 100 см приливали растворы исследуемых композиций ПАВ с концентрациями 0,5-8,0 г/дм3. При этом учитывали объем раствора и измеряли объем пены. (ГОСТ 22567.1-77).Кратность пены вычисляли по формуле:
VneHbi/V раствора
= х,
где Х - величина кратности пены; Уп, пены; Урасгвора - объем раствора
(1)
- объем
Устойчивость пены ПАВ оценивали следующим образом: в цилиндр на 100 см3 приливали 0,5 г раствора исследуемого ПАВ и добавляли в воду до отметки 70 смз. Энергично встряхивали 10 раз. Устойчивость пены определяли в течение 10 минут (ГОСТ 22567.1-77).
Результаты исследований представлены на рис. 1-3.
Максимальная агрегативная устойчивость во всем диапазоне концентраций наблюдалась для композиций 1-6, причем ее значения возрастали с 21
до 138 минут при увеличении концентраций композиций с 0,5 до 8,0 г/дм3.
Таблица 1 - Состав композиций ПАВ, % мас.
Исследуемые аПАВ нПАВ Вода
композиции
1 30 5 65
2 40 5 55
3 30 7 63
4 25 7 68
5 45 5 50
6 35 7 58
Рис. 1 - Влияние концентрации композиций 1 - 3 на кратность пены через 1 минуту
Рис. 2 - Влияние концентрации композиций 4 - 6 на кратность пены через 1 минуту
Рис. 3 - Влияние концентрации аПАВ на кратность пены через 1 минуту
Индивидуальные аПАВ характеризовались высокими значениями агрегативной устойчивости
пен: с 16 мин (при концентрации 0,5 г/дм ) до 119 мин (при концентрации 8,0 г/дм3).
Таким образом, можно заключить, что добавление в композиции нПАВ способствовало стабилизации получаемой пены.
Пена, образующаяся при механическом воздействии на растворы всех исследуемых композиций, неоднородна по дисперсности: в верхнем слое она грубодисперсная, а значит менее устойчивая. Наибольшие значения кратности пен достигнуты для растворов композиций 1-6 (2,0 - 5,5) в диапазоне концентраций 2,0 - 8,0 г/дм3(рис. 1 и 2). При этом практически для всех исследуемых композиций и индивидуальных ПАВ увеличение кратности пен пропорционально повышению концентрации пенообразователя в растворе.
Следует отметить, что через 10 минут наблюдений кратность пен у указанных композиций снижалась на 20-30 %.
Минимальная кратность пен (0,8 - 1,7) достигалась при встряхивании р3астворов композиций 1-6 при концентрации 0,5 г/дм .
Наибольшее влияние концентрации композиций на кратность получаемых пен было свойственно для растворов алкилсульфоната натрия и Mizulan FL-80: при увеличении концентрации с 0,5 до 8,0 г/дм3 кратность пены увеличивалась с 5,4 до 13,2 (для алкилсульфоната натрия) и с 1,4 до 7,3 (для Mizulan FL-80) (рис. 3).
Значения кратности, стабильность оцениваемого показателя сравнительно низкие для алкилсульфоната натрия: через 10 минут наблюдений кратность пены снижалась почти в 2 раза в области концентраций 4,0 - 8,0 г/дм3 и практически в 3 раза при концентрации ПАВ 0,5 -2,0 г/дм3.
Для Mizulan FL-80 во всем диапазоне концентраций кратность пен снижалась на 25 - 50%.
Таким образом, полученные результаты подтверждают наличие высоких пенообразующих свойств у аПАВ, а добавление в композиции нПАВ способствует стабилизации получаемой пены.
Литература
1. Ланге, К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, анализ, применение/ К.Р. Ланге; под науч. ред. Л.П. Зайченко. - Спб.: Профессия, 2004. - 240 с., ил.
2. Лутфуллина Г.Г. Исследование влияния ПАВ на основе побочного продукта производства олеиновой кислоты на обезжиривание мехового сырья/ Г.Г. Лутфуллина, Л.М. Хайдарова, А.В. Островская, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казан. технол. ун-та. 2010. -№ 1. - С. 268- 272.
3. Лутфуллина, Г.Г. Исследование свойств анионактивного ПАВ на основе жирных кислот пальмового масла и метанола (Mizulan FL-80)/ Г.Г. Лутфуллина, К.Е. Мартынова, К.С. Гусева// Вестник Казан. технол. ун-та, 2014, -№22. - С.99-100.
4. Лутфуллина, Г.Г. Испытания ПАВ на острую токсичность, раздражающее и кожно-резорбтивное действие/ Г.Г. Лутфуллина, И.Ш. Абдуллин, Б.Л. Журавлев // Вестник Казан. технол. ун-та, 2012, №3 -С.35-37.
5. Сысоев, В.А. Повышение эффективности хромового дубления при использовании продуктов модификации
циклокарбонатов/ В.А. Сысоев, И.Ш. Абдуллин, А.Р. Гарифуллина, Д.М. Семенов, А.И. Салимова // Кожевенно-обувная пром-сть, 2009, №3. - С. 16-17.
6. Сысоев, В.А. Получение уретангликоля на основе этилендиамина и его влияние на кожевенную ткань меховой овчины в процессе дубления/ В.А. Сысоев, А.Р. Гарифуллина // Вестник Казан, технол. ун-та, 2010, №11. - С. 541-545.
7. Фролов, Ю.Г. Курс коллоидной химии. ПЯ и ДС/ Ю.Г. Фролов; Учебник для вузов. -2-е изд. перераб. и доп. -М.: Химия, 1988. - 464 с.
8. Абрамзон, А.А. Поверхностно-активные вещества: свойства и применение/ А.А. Абрамзон; 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1981. - 304 с., ил.
9. Фридрихсберг, Д.А. Курс коллоидной химии/ Д.А. Фридрихсберг; 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1984. - 368 с.
10. Кругляков, П.М. Пена и пенные пленки/ П.М. Кругляков, Д.Р. Ексерова, - М.: Химия, 1990. - 432 с.
© Г. Г. Лутфуллина, д.т.н., проф. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; З. А. Зиннатуллина, бакалавр той же кафедры.
© G. G. Lutfullina, Doctor of Technical Science, Professor of the Department of plasma chemical nanotechnology and macromolecular materials, KNRTU, [email protected]; Z. A. Zinnatullina, Bachelor of the same Department.
