CC BY
53ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Т 55 (9) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2012
УДК 677.027.423.5:677.042.2 И.А. Муравьев, М.Н. Кротова, Е.Ю. Куваева, О.И. Одинцова
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ПРОМЫВКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(Ивановский государственный химико-технологический университет) e-mail: [email protected]
Изучены важнейшие свойства ряда новых по уровню экологической безопасности ПАВ: пенообразующая, эмульгирующая и смачивающая способности, устойчивость в высокощелочной среде. Оценена моющая способность растворов ПАВ посредством определения увеличения степени белизны искусственно загрязненной ткани после стирки. Проведена комплексная оценка моющего действия традиционно применяемых оксиэти-лированных алкилфенолов и новых поверхностно-активных веществ на основе оксиэти-лированных жирных спиртов в процессах промывки тканей.
Ключевые слова: неионогенные ПАВ, смачивание, пенообразование, эмульгирование, моющее действие
Одним из перспективных способов повышения эффективности процесса промывки текстильных материалов является интенсификация с помощью применения новых поверхностно-активных веществ. Положительный эффект этого воздействия обусловлен, главным образом, снижением диффузионного сопротивления переносу загрязненных частиц или частиц красителя из ткани в промывной раствор. Практическая реализация этого способа интенсификации процесса промывки связана с необходимостью экспериментального исследования свойств ПАВ и композиций на их основе с целью разработки высокоэффективного экологически безопасного моющего препарата и определения концентрационных и температурно-временных параметров его применения.
В настоящее время производство ПАВ в мире составляет около 11 млн. тонн [1,2]. Ассортимент поверхностно-активных веществ постоянно корректируется по группам и сырью, применяемому для их производства, в связи с ужесточением экологических требований. Во многих странах сокращается выпуск неионогенных алкилфенолов и расширяется производство высших жирных спиртов нормального строения, обладающих более высокой способностью к биоразложению [3-5].
В качестве объектов исследования в работе были использованы новые поверхностно-активные вещества, синтезированные в химической лабора-
тории ООО «ТОС» г. Долгопрудный, которые относятся к экологически безопасным оксиэтилиро-ванным жирным спиртам (Синтанол 45-7, Синта-нол 45-8), и «зеленым» алкилполигликозидам импортного производства (фирма «COGNIS»), полученным ацетилированием кукурузного сиропа глюкозы (Глюкопоны 215, 225).
Изучение свойств ПАВ, таких как устойчивости в щелочном растворе, пенообразующей и смачивающей способностей осуществляли по стандартным методикам [6].
Оценку эмульгирующей способности (Е, %) проводили по измерению объема выделившейся водной фазы через 30 минут и 1 час после приготовления эмульсии масло/вода. В качестве масляной фазы использовали подсолнечное масло. Расчет проводили по формуле:
Е={У1-У2)1У1хШ%, где У1 - объем водного раствора ПАВ, взятого для эмульгирования, мл, У2 - объем водной фазы, выделившейся после эмульгирования, мл.
Моющее действие ПАВ относится к сложным процессам, состоящим из ряда простых:
- смачивание поверхности и вытеснение загрязнений;
- эмульгирование загрязнений;
- регулирование рН среды;
- способность текстильного материала сорбировать ПАВ;
- пенообразование.
Для выяснения возможности использования новых ПАВ в качестве основы моющих препаратов необходимо изучение каждой стадии в отдельности.
Межмолекулярное взаимодействие на поверхности раздела в системах жидкость - твердое тело или двух несмешивающихся жидкостей относят к явлению смачивания. Эффект смачивания определяется соотношением внутримолекулярных сил жидкости и межмолекулярных сил между взаимодействующей жидкостью и твердым телом
или другой жидкостью. В процессах промывки текстильных материалов явление смачивания играет основополагающую роль. В табл. 1 приведены количественные характеристики моющих свойств ПАВ, определяющие эффективность процесса промывки текстильных материалов. Минимальное время смачивания хлопчатобумажных тканей обеспечивает использование Глюкопонов 215 и 225, являющихся производными алкилпо-лигликозидов.
Таблица 1
Характеристика моющих свойств ПАВ
Наименование ПАВ Устойчивость к раствору щелочи концентрацией, г/л Пенообразование, 3 см Устойчивость пены, % Смачивающая способность, с
Синтанол 45-7 до 50 150 27 2,5
Синтанол 45-8 170 24 2,5
Синтанол БВ 160 38 3,0
Синтанол АЛМ-10 190 29 3,0
Неонол АФ 9/10 340 19 2,5
Сульфанол 250 60 2,4
Имидаль К 80 33 2,5
Сульфосид 61 до 100 200 56 6,0
Феноксол 9/10 БВ до 150 190 33 1,6
Глюкопон 215 до 200 370 60 1,3
Глюкопон 225 до 200 420 60 1,3
При составлении моющих композиций часто используются щелочные реагенты, поэтому была определена устойчивость ПАВ в щелочных растворах. Приведенные данные (табл. 1) показывают, что максимальной устойчивостью в щелочном растворе (до 200 г/л) обладают Глюкопоны 215 и 225.
После отделения загрязнений их необходимо превратить в устойчивую эмульсию, иначе они снова осядут на текстильный материал и приведут к повторному его загрязнению. Оценка эмульгирующей способности исследуемых поверхностно-активных веществ (рис. 1.) показала, что максимально устойчивую прямую эмульсию удается получить при введении в систему окси-этилированных алкилфенолов (Неонол АФ 9/10, Феноксол 9/10 БВ). В серии оксиэтилированных жирных спиртов снижение эмульгирующей способности происходит в ряду: Синтанол БВ, Син-танол 45-8, Синтанол АЛМ-10, Синтанол 45-7.
Эффективность действия поверхностно-активных веществ в процессах промывки текстильных материалов определяется их моющей способностью по отношению к искусственно загрязненной ткани (рис. 2) [6]. Определение моющей способности показало, что использование оксиэтилированных алкилфенолов, традиционно
применяемых в качестве основы технических моющих средств [7,8], и производных жирных спиртов позволяет получать практически идентичные результаты промывки. Из новых ПАВ высокой моющей способностью обладает Синтанол 45-7.
80
Рис. 1. Эмульгирующая способность ПАВ различного химического строения: 1-время выдержки 30 мин, 2-время выдержки 60 мин Fig. 1. Emulsifyeing ability of surfactants with various chemical structure: 1 - exposition time is 30 min, 2 - exposition time is 60 min
Рис. 2. Определение моющей способности растворов ПАВ по отношению к искусственно загрязненной ткани, (%) Fig. 2. Washing ability determination of surfactants solutions with respect to artificially polluted fabric, %
Немаловажным фактором при осуществлении промывки является способность целлюлозного субстрата количественно сорбировать поверхностно-активные вещества. Чем больше количество сорбированного ПАВ приходится на массовую долю волокнистого материала, тем эффективнее осуществляется процесс промывки. Из данных табл. 2 следует, что ПАВ - производные оксиэтилированных жирных спиртов обладают высокой способностью сорбироваться целлюлозными волокнами. Максимальное значение сорбции составляет 9,93 г/кг волокна для Синтанола 45-8.
Таблица 2
Влияние природы ПАВ на адсорбционную способность целлюлозных волокон Table 2. Influence of surfactants nature on adsorption
Процесс пенообразования не оказывает существенного влияния на моющее действие [9], однако, играет негативную роль в технологии применения технических моющих средств. Реализация процесса промывки текстильных материалов по не-
прерывной технологической схеме характеризуется высокой скоростью обработки, способствующей повышенному пенообразованию, поэтому при составлении технических моющих средств необходимо исследовать и учитывать пенообразующую способность ПАВ. Низкая пенообразующая способность при незначительной устойчивости пены характерна для неионогенных ПАВ Синтанола 45-7 и Синтанола БВ (табл. 1).
Исследование смачивающей, эмульгирующей, пенообразующей способностей и других свойств ПАВ позволяют рекомендовать Синтанол 45-7 и Синтанол 45-8 в качестве основы для разработки высокоэффективных экологически безопасных технических моющих средств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дивакова Н.А., Хадарцев А.Ч. // Бытовая химия. 2006. № 22. С.4 - 11;
Divakova N.A., Khadartsev A.Ch. // Bytovaya Khimiya. 2006. N 22. P. 4-11 (in Russian).
2. Угрюмов О.В., Варнавская О.А., Романов Г.В. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2009. Т. 52. Вып. 10. С. 115-117;
Ugrumov O.V., Varnavskaya O.A., Romanov G.V. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2009. V. 52. N 10. P. 115-117 (in Russian).
3. Кротова М.Н., Одинцова О.И., Куваева Е.Ю., Муравьев И.А. // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. 2008. № 2. С. 56-59;
Krotova M.N., Odintsova O.I., Kuvaeva E.Yu., Muraviev
I.A. // Izv. Vuzov. Tekhnol. Tekst. Prom. 2008. N 2. P. 56-59 (in Russian).
4. Шонкас У., Монтериси Р. Ди М.Ф., Верьзельино Р. //
Бытовая химия. 2007. № 25. С. 36 - 37; Shonkas U., Monterisi R. Di M.F., Versellino R. // Bytovaya Khimiya. 2007. N 25. P. 36-37 (in Russian).
5. Толстая М.В. // Бытовая химия. 2006. № 24. С. 4 - 9; Tolstaya M.V. // Bytovaya Khimiya. 2006. N 24. P. 4-9 (in Russian).
6. Крикунова К.Ф., Крикунова И.В. Технический анализ при отделке тканей и трикотажных изделий. М.: Легпро-миздат.1989. 256 с.;
Krikunova K.F., Krikunova I.V. Technical analysis for fabrics and knitwear finishing. M.: Legprombytizdat. 1989. 256 p. (in Russian).
7. Шенфельд Н. Поверхностно-активные вещества на основе оксида этилена. М.: Химия. 1982. 752 с.;
Shenfeld N. Surface-active agents on the base of ethylene oxyde. M.: Khimiya. 1982. 752 p. (in Rusian).
8. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества: Свойства и применение. 2-е изд. Л.: Химия. 1981. 304 с.; Abramzon A.A. Surface-active agents: Properties and Application. 2nd edition. L.: Khimiya. 1981. 304 p. (in Russian).
9. Бухштаб З.И., Мельник А.П., Ковалев В.М. Технология синтетических моющих средств. М.: Легпромбытиз-дат.1988. 320 с.;
Bukhshtab Z.I., Melnik A.P., Kovalev V.M. Technology of synthetic detergents. M.: Legprombytizdat. 1988. 320 p. (in Russian).
ability of cellulosic fibres
Наименование ПАВ Количество адсорбированного ПАВ, г/кг волокна
Синтанол 45-7 7,80
Синтанол 45-8 9,93
Синтанол БВ 7,30
Синтанол АЛМ-10 7,00
Неонол АФ 9/10 2,36
Сульфанол 2,41
Сульфосид 61 4,78
Феноксол 9/10 БВ 7,13
Глюкопон 215 2,39
Имидаль К 2,35
НИИ термодинамики и кинетики химических процессов, кафедра химической технологии волокнистых материалов
