ПРОИЗВОДСТВО В УЗБЕКИСТАНЕ ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА С АМФОТЕРНЫМ СВОЙТСВОМ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CHEMISTRY SCIENCES

ПРОИЗВОДСТВО В УЗБЕКИСТАНЕ ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА С

АМФОТЕРНЫМ СВОЙТСВОМ

Хошимов И.Э.

Ст. преп., Ферганский политехнический институт,

Узбекистан, г. Фергана Сайдазимов М.С.

ассистент, Ферганский политехнический институт.

Узбекистан, г. Фергана

PRODUCTION IN UZBEKISTAN OF SURFACE ACTIVE SUBSTANCE WITH AMPHOTHERIC

PROTECTION

Khoshimov I.

senior lecturer, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana Saydazimov M.

Assistant, Ferghana Polytechnic Institute.

Uzbekistan, Fergana

Аннотация

В данной статье приведены описания изучения методов получения поверхностно активных веществ из сырьевых материлов существующих в Узбекистане.

Abstract

This article describes the study of methods for obtaining surface active substances from raw materials existing in Uzbekistan.

Ключевые слова: Сурфактант, амфотер, бетаин, жирные кислоты, гидрофильные, липофильные, метиламин, диметиламин, триметиламин, аммиак, метиловый спирт, акриловая кислота, акрилонитрил, реактор, трубка.

Keywords: Surfactant, amphoteric, betaine, fatty acids, hydrophilic, lipophilic, methylamine, dimethyla-mine, trimethylamine, ammonia, methyl alcohol, acrylic acid, acrylonitrile, reactor, tube.

Актуальность. Поверхностно-активные вещества - это вещества, которые адсорбируются на границе слоев (фаз) и снижают поверхностную энергию (поверхностное натяжение). Свойство уменьшать поверхностное натяжение за счет адсорбции веществ на границе раздела фаз и в зависимости от объемной концентрации называется поверхностной активностью. Он представлен значением G = da / dc, которое является частью уравнения адсорбции Гиб-бса г = (С / RT) ^с / dc). Согласно приведенному выше уравнению адсорбция Гиббса для поверхностно-активных веществ должна быть больше нуля 0). В результате концентрация вещества в адсорбционном слое выше, чем концентрация в объеме раствора. Молекула ПАВ имеет диффузную структуру и состоит из 2 частей: неполярной - гидрофобной (водоотталкивающей) и полярной - гидрофильной (водоотталкивающей). Благодаря этому поверхностно-активные вещества могут образовывать как чистый, так и коллоидные растворы в 1 растворителе, в зависимости от условий. Неполярные группы подвержены взаимным гидрофобным взаимодействиям в водных условиях. Если 10-22 атома углерода удерживаются в гидрофобной цепочке одежды, их гидрофобное взаимодействие, а также сильное взаимодействие полярных групп с водой приводит к ассоциации молекул поверхностно-активных веществ, что приводит к образованию более крупных частиц. Образование мицелл

в растворе коллоидных ПАВ термодинамически выгодно. Взаимодействие одних и тех же неполярных групп приводит к спонтанному снижению энергии Гиббса. Ядро образовавшихся мицелл состоит из неполярных радикалов, а внешняя оболочка состоит из полярных групп. Это, в свою очередь, гарантирует, что гидрофобные группы наименее подвержены воздействию с водой.

Наименьшая концентрация коллоидных поверхностно-активных веществ при которой образуется мицелла называется критической концентрацией. Форма мицелл меняется в зависимости от концентрации раствора. При более низких концентрациях вначале образуются сферические (сферические) мицеллы, с увеличением концентрации количество молекул ПАВ из мицелл увеличивается, форма меняется на цилиндрическую, затем пластинчатую. Величина критической концентрации зависит от природы ПАВ, наличия траги, посторонних веществ и, в частности, электролитов. По мере увеличения длины гидрофобной группы в молекуле ПАВ значение критической концентрации уменьшается. Это значение определяется свойствами раствора в зависимости от количества и размера кинетически активных частиц, например, поверхностным натяжением, электропроводностью, оптическими свойствами.

Важным свойством раствора коллоидных ПАВ является солюбилизация. Спонтанный переход в

присутствии поверхностно-активных веществ низкомолекулярного нерастворимого или малорастворимого соединения в водную фазу называется со-любилизацией. Механизм солюбилизации заключается в растворении неполярных модалей в гидрофобном ядре мицеллы. Явление солюбилизации широко используется в пищевой промышленности, фармацевтической практике.

Также в организме существуют ПАВ. Их называют сурфактантами. Существуют ионные, не ионные, анионактивные, катион активные, амфолит-ные типы ПАВ. Они используются в различных отраслях народного хозяйства в качестве

эмульгаторов, солюбилизаторов, стабилизаторов, смачивателей, флотационных реагентов, детергентов. В Узбекистане в научной школе, созданной К.С.Ахмедовым ведутся большие исследования по ПАВ.

Амфотерное поверхностно-активное вещество, называемое бетаином, получают в два этапа. На первой стадии образования бетаина амиды жирных кислот должны быть связаны с третичным ами-ногруксом. Этот процесс можно увидеть с помощью следующего уравнения реакции:

Полученный диметиламинопропиламид жирной кислоты также используется в качестве поверхностно-активного вещества, фунгицида, ингибитора коррозии, при производстве косметических продуктов, как средство защиты воды при обработке пластмассовых изделий. В частности, соединение диметилоаминопропиламина жирной кислоты (ДМАПА) широко используется в качестве связующего для полимерных материалов, а его соли четвертичного аммония широко используются

в качестве амфотерного поверхностно-активного вещества.

Чтобы увеличить значение гидрофильного и липофильного равновесия этого вещества и усилить его эмульгирующие свойства, в состав этого вещества вводится карбоксильная группа с помощью монохлоруксусной кислоты или акриловой кислоты. Полученное вещество называется амидпропиламинбетаином жирной кислоты. Его синтезируют по следующей схеме реакций.

Постановка задачи. Бетаин образует внутренние соли, подобные аминокислотам. Амидопро-пилбетаины жирных кислот, экстрагированных из растительных масел, широко используются в качестве поверхностно-активных веществ омфотера и используются в шампунях и других продуктах, которые являются гигиеническими моющими средствами. Из приведенных выше схем реакций можно видеть, что амидопропилбетаин получают в две стадии. Это вещество является основным сырьем для производства средств гигиены.

Мы рассматриваем производство амфотерных поверхностно-активных веществ с использованием сырья, доступного в Узбекистане, по следующей схеме реакции. В Узбекистане есть аммиак, метиловый спирт, формальдегид, акрилонитрил и растительные масла.

Амфотерные поверхностно-активные вещества получают из существующего сырья на основе следующих этапов:

Первичные: - Синтез диметиламина Вторичный: - Синтез диметиламинопропила-мина.

Третичное: - Синтез амидоамина из растительного масла.

Четвертичный: - Амфотерный синтез поверхностно-активного вещества

Первичный: Синтез диметиламина можно проводить путем нагревания метилового спирта и аммиака в газообразном состоянии под давлением в присутствии никелевого катализатора или циолито-вых катализаторов.

а) Прежде всего, диметиламин синтезируется в присутствии метилового спирта и газообразного аммиака в присутствии катализаторов дегидратации при температуре 340-430°С и давлении 40-50 атм. В этом процессе одновременно протекают следующие реакции: реакции 1-5 являются основными.

Основные реакции:

(СН3)2 N11 + СНзОН (СНз)з N + Н20 + 6.9 ккал

2 СН3 1чГН2 (СНЗ)2 ИН + ЫНЗ

СН3ЫН2 + (СНз)з N 2 (СН3)2 ИН

Побочные реакции:

2 СН3ОН :*=*СН3ОСН3 + Н20 СН3ОН ^=>НСОН + Н2 СН3ОН СО + 2 Н2

СН3ОН + Н2 СН4 + н2о СН3 ЫН2 «—► 2 Н2 + НСЫ

(СНз)з N-► СНз МСН2 + СН4

2 СО -► С02 + С

СНз ЫН2 + со2—► СН3 МНСООН (СН3)2 ИН + С02 -* (СН3)2 ысоон

Вещества, полученные в результате побочных реакций, утилизируются. Смесь алкиламинов методом ректификации затем снова отделяют от смеси полученных продуктов диметиламином методом ректификации.

Эти процессы осуществляются по следующей технологической схеме.

Технологическая схема:

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10) (П)

(12)

(13)

(14)

2- Разделение смеси аммиака и триметиламина и возврат в реактор.

3- Разделение смеси метиламина и триметиламина и возврат в реактор.

4- Отделение индивидуального метиламина и возврат в реактор.

5- Разделение и сбор индивидуального димети-ламина.

1- Реактор синтеза алкиламина.

Вторичный: Можно синтезировать димети-

хаэля диметиламинопропиламина диметиламино-

ламинопропиламин с диметиламином, акриловой пропионитрил синтезируется с использованием ди-кислотой или акрилонитрилом, выделенными из метиламина и акрилонитрила, а затем это вещество вышеуказанного процесса. На основе реакции Ми- гидрируется до DMAPA.

Третичное: Для определения амидоаминового соединения растительного масла семичка используется в менее распространенных маслах, подобных маслу маскарпоне. Вторая особенность состоит в том, что эти масла представляют собой жидкие жиры, что облегчает проведение реакции. Однако ненасыщенная природа этих масел вызывает дополнительные реакции, протекающие в процессе синтеза. Следовательно, степень насыщения жирными кислотами положительно влияет на эффективность процесса синтеза.

При нагревании полученного диметиламино-пропиламина вместе с жирной кислотой происходит синтез амидоамина жирной кислоты.Эта реакция протекает в две стадии, на первой стадии образуются соли аминов с угольной кислотой. Аминокислота, образующаяся на второй стадии, превращается в амид при нагревании. Эти процессы протекают по следующему уравнению реакции.

Ход работы: В трехгорлую колбу наливается 50 г (0,06 моль) растительного масла и 18 г (0,18 моль) N ^диметиламинопропиламина. Затем в качестве катализатора добавляют 0,1 г NaOH и нагревают до температуры 1000 ° С Держать при высокой температуре (100-1500С) 3 часа. Получаеться примерно 60 г продукта.

Четвертый: Полученную жирную кислоту добавляют к раствору уксусной кислоты или ее соли.

которая имеет активный центр на втором атоме углерода с амидоамином. Например, хлорауксусная кислота. Добавление к реакционной смеси раствора гидроксида натрия блокирует активный атом водорода в карбоксильной группе кислоты. Гидроксид натрия также катализирует реакцию хлористого метилена и азота в аминах. Реакция протекает следующим образом:

В качестве продукта реакции образуется ами-допропиламин-бетаин жирной кислоты. Полученное вещество используется в качестве поверхностно-активного вещества с мягким действием на кожу при изготовлении гигиенических средств. Продукт экстрагируют этиловым спиртом, чтобы отделить его в чистом виде, и выделяют осадок хлорида натрия, образующийся вместе с продуктом. Растворитель в растворе продукта отделяют экстракцией.

Ход работы: в круглую колбу добавляют 50 г (0,1284 моль) продукта 1 случая (амид жирной кислоты N ^диметиламинопропиламина) и 14,91 г (0,1284 моль) натриевой соли монохлорно-уксус-ной кислоты, 65 мл смеси этанола и воды (5: 1).

Смесь перемешивают при температуре 800^ в течение 10 часов. Образовавшийся осадок хлорида натрия отфильтровывают. Растворитель отделяют с помощью роторного испарителя. Продукт, полученный с выходом 90% (бетаин), составляет около 50 г.

Бетаиновые поверхностно-активные вещества получают преобразованием триалкиламина в четвертичное состояние с использованием ацетата монохлора. Процесс идет при 60-800С. Полученный продукт образует внутреннюю соль, подобную аминокислотам. Это доказательство того, что он обладает амфотерными свойствами.

^СН;,

14.—N " СI

\

с: и,

Список литературы

1. Ахмедов К., Аминов С., Поверхностно активные вещества, Т., 1972; Зимон А. Д., Лещенко Н. Ф., Коллоидная химия, М., 2001.

2. Ланге К.Р "ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА СИНТЕЗ свойства анализ применение" Перевод с английского Н а у ч н ы й р е д а к т о р , к а н д . х и м. н а у к Л.П. Зайченко Санкт-Петербург 2005

3. П.В Николаев, Н.А.Казлов, С.Н.Петрова "основы химия и технологии производства синтетических моющих средств" Учебное пособие 2007

4. Ширшин Константин Константинович «СИНТЕЗ И СВОЙСТВА АЛИФАТИЧЕСКИХ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АМИНОВ И БЕТАИНОВ» Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук 2019

5. М. Ю. Крысин, Н. В. Столповская, П. А. Картавцев. ПОЛУЧЕНИЕ БЕТАИНОВ НА ОСНОВЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА Воронежский государственный университет Поступила в редакцию 05.06.2013 г.

6. Абдсарова Д. К., Тожиев Э. А. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫМ СПОСО-БОМ СОДЕРЖАЩИХ ПЯТИЧЛЕННЫХ

ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СПИРТОВ //Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук. - 2019. - С. 96.

7. Хамракулова М. Х. и др. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МЯСА КУРИЦЫ //Universum: технические науки. - 2019. - №. 12-2 (69).

8. Усманов Б. С., Медатов Р. Х., Мамажонова И. Р. Интенсификация теплообмена при течении HNO3 В трубах с кольцевыми турбулизаторами //Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук; Заместитель главного редактора: Ахмеднабиев Расул Магомедович, канд. техн. наук; Члены редакционной коллегии. - 2019. - С. 35.

9. Медатов Р. Х. и др. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ КОНВЕКТИВНОМ ТЕПЛООБМЕНЕ //Universum: технические науки. - 2019. - №. 11-2 (68).

10. Турдибоев И. Х. У. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНО-ФУРАНОВЫХ СВЯЗЫВАЮЩИХ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ //Universum: технические науки. - 2020. - №. 7-3 (76).