Laboratorium Technologii Surfaktantów II

Część II

Opracowanie i sporządzenie własnej kompozycji proszku do prania oraz dokonanie

porównawczej oceny zdolności pianotwórczej, zwilżania

Wykorzystane substancje w ćwiczeniu:

Siarczan sodowy bezwodny [siarczan (VI) sodu] - biały krystaliczny proszek

o gęstości 2,664 g/cm³, rozpuszczalny w wodzie, nierozpuszczalny w etanolu.

Producent: Tomchem.

Liniowy alkilobenzenosulfonian R-C₆H₄-SO₃Na (ABS) - mieszanina związków organicznych - sól sodowa kwasów alkilobenzenosulfonowych, występuje w postaci pasty półpłynnej ulegającej rozwarstwieniu, kolor biały. Producent: Ecolab.

Tripolifosforan sodowy(Na₅P₃O₁₀) - występuje w postaci granulek lub proszkowej, jest rozpuszczalny w wodzie, jest podstawowym składnikiem mydeł, detergentów oraz różnych produktów stosowanych do zmiękczania twardej wody. Producent: Todini.

Nadboran sodowy czterowodny NaBO3 ˇ 4H2O - środek o działaniu wybielającym stosowany jako komponent proszków do prania, a także innych produktów chemii gospodarczej, stosowany jako łagodny środek wybielający, do produkcji past dentystycznych, jako komponent kosmetyków, może być stosowany w przemyśle tekstylnym jako jeden ze składników kąpieli barwiących (jest stosowany jako utleniacz do barwników sulfonowych), jako związek nadtlenowy może być stosowany jako inicjator/przyspieszacz reakcji polimeryzacji. Substancja stała krystaliczna, białej barwy, bez wyraźnego zapachu, rozpuszczalny w wodzie. Producent: Zakłady Azotowe "Puławy" S.A.

Tetraacetyloetylenodiamina (TAED) - związek ten jest wykorzystywany w środkach piorących i wybielaczach jako tzw. aktywator wybielania, występuje w postaci proszku. Producent: Brenntag Polska.

Karbometyloceluloza – związek biodegradowalny stosowany jako

modyfikator lepkości do detergentów, często też jako zagęszczacz do produktów żywnościowych (jogurty, lody), biały proszek rozpuszczalny w wodzie. Producent: Sigma-Aldrich.

Dwukrzemian sodu Na₂O•2SiO₂ – białe ciało stałe, rozpuszczalny w wodzie. Producent: Standard sp. z o.o., Lubiln

Opis ćwiczenia: w tym ćwiczeniu skomponowaliśmy własną formułę proszku do prania uwzględniając składniki dostępne w laboratorium. Skorzystaliśmy kolejno z` takich odczynników jak: liniowy alkilobenzenosulfonian, tripolifosforan sodowy, dwukrzemian sodowy, nadboran sodowy czterowodny, TAED (tetraacetylodiamina), CMC (karboksymetyloceluloza) i siarczan sodowy. Pierwsze sześć składników staraliśmy się odmierzać w granicach przyjętych w tabeli, a do pełnej masy 20 g mieszaninę dopełniliśmy siarczanem sodowym, którego użyto 13,66 g.

Tabela 1. Skład skomponowanego proszku do prania:

Nazwa składnika	Zużyta ilość [g]	Zawartość w proszku [%]
siarczan sodowy	13,66	68,30
liniowy alkilobenzenosulfonian	2,01	10,05
tripolifosforan sodowy	2,07	10,35
dwukrzemian sodowy	0,20	1,00
nadboran sodowy czterowodny	1,61	8,05
TAED	0,30	1,50
CMC	0,15	0,75
	20,00	100,00

Obliczenia:

$$\frac{ilosc\ odmierzonego\ \text{siarczanu\ sodowego}\ }{ilosc\ zamierzana\ proszku} = \frac{13,66g}{20g} = 68,30\%$$

$$\frac{ilosc\ odmierzonego\ \text{liniowego\ alkilobenzenosulfonianu}\ }{ilosc\ zamierzana\ proszku} = \frac{2,01g}{20g} = 10,05\%$$

$$\frac{ilosc\ odmierzonego\ \text{tripolifosforanu\ sodowego}}{ilosc\ zamierzana\ proszku} = \frac{2,07g}{20g} = 10,35\%\ \ $$

$$\frac{ilosc\ odmierzonego\ \text{dwukrzemianu\ sodowego}\ }{ilosc\ zamierzana\ proszku} = \frac{0,20g}{20g} = 1,00\%\ \ $$

$$\frac{ilosc\ odmierzonego\ \text{nadboranu\ sodowego\ czterowodnego}}{ilosc\ zamierzana\ proszku} = \frac{1,61g}{20g} = 8,05\%\ \ $$

$$\frac{ilosc\ odmierzonego\ \text{TAED}}{ilosc\ zamierzana\ proszku} = \frac{0,30g}{20g} = 1,50\%\ \ $$

$$\frac{ilosc\ odmierzonego\ \text{siarczanu\ CMC}\ }{ilosc\ zamierzana\ proszku} = \frac{0,15g}{20g} = 0,75\%\ \ $$

Powyższy skład został zaakceptowany przez prowadzącego. Następnie zbadaliśmy właściwości naszego proszku.

Oznaczanie zdolności pianotwórczej:

Legenda:

1. cylinder aparatu

2. warstwa zewnętrza

3. pokrywa górna

4. pipeta szklana

5. kranik pipety

6. miarka

7. wylot pipety (900 mm od dna)

8. stojak

Przygotowane roztwory chlorku wapniowego i siarczanu magnezowego w ilości kolejno: 8,5 cm³ i 1,5 cm³ przelaliśmy do kolby pomiarowej o pojemności 1 cm³ (uzyskując twardość 10^oN) i uzupełniliśmy wodą destylowaną do kreski. Dodaliśmy naważkę 5,00 g naszego proszku i wstawiliśmy kolbę do termostatu (25^oC) aż do rozpuszczenia się proszku. Następnie odmierzyliśmy 50 cm³ roztworu i wlaliśmy delikatnie po ściankach (aby się roztwór nie spienił) z góry do aparatu Rossa-Milesa. Kolbkę odstawiliśmy z powrotem do termostatu i po 10 minutach wyjeliśmy i odmierzyliśmy za pomocą pompki próżniowej 200 cm³ roztworu do pipety szklanej, którą umieściliśmy na górze aparatu i spuściliśmy szybko cały roztwór do cylindra. Zmierzyliśmy wysokość piany po 30 sekundach i po 5 minutach, a następnie oczyściliśmy stanowisko.

Obliczanie zdolności pianotwórczej:

$$X = \frac{\pi d^{2}}{4} \bullet h = \frac{\pi*({4,3cm)}^{2}}{4}*12,8cm = 185,79\ cm^{2}$$

Gdzie:

d - średnica wewnętrzna cylindra pomiarowego [cm]

h - odczytana wysokość słupa piany

Obliczanie wskaźnika trwałości piany:

$$X^{1} = \frac{V_{2}}{V_{1}} \bullet 100\% = \frac{h_{2}}{h_{1}}*100\% = \frac{11,8cm}{12,8cm}\% = 92,19\%$$

W którym:

V₁- objętość piany zmierzona po upływie 30 s [cm]

V₂- objętość piany zmierzona po upływie 5 min. [cm]

Oznaczanie zdolności zwilżania:

1. haczyk urządzenia

2. drut

3. korek

4. drut

5. haczyk do zaczepiania tkaniny

6. krążek z bawełny technicznej

Przygotowaliśmy taką samą wodę o twardości 10^oN z proszkiem jak w przypadku badania zdolności pianotwórczej. Taki roztwór wlaliśmy do przygotowanej zlewki do dolnej kreski. Krążek tkaniny zaczepiliśmy na haczyk urządzenia i umieściliśmy całość tak, aby korek spoczywał na środku dna zlewki, a krążek był zawieszony pionowo i nie opierał się o ścianki zlewki. W chwili zanurzenia krążka włączyliśmy stoper, gdy zaczął tonąć – zatrzymaliśmy.

t = 23, 8 s

Wnioski: Skomponowana mieszanka różni się od wartości zawartych w instrukcji, ale została zaakceptowana przez Prowadzącego ćwiczenia. Głównym składnikiem jest siarczan sodowy, inaczej zwany solą glauberską. Jest on silnie higroskopijny i rozpuszczalny w wodzie, co sprzyja użyciu go przy kompozycji różnego rodzaju detergentów. Zawarliśmy także tri polifosforan sodu, który jest składnikiem raczej tanich proszków do prania (droższe nie zawierają związków z fosforem ze względu na ekologię – zwiększają one eutrofizację wód). Zdolność pianotwórcza jest wysoka, podobnie jak trwałość piany. Ta zdolność w proszkach do prania jest jedną z mniej przydatnych, gdyż nie idzie w parze ze zdolnością piorącą. W bieżącej produkcji istnieje tendencja do otrzymania związków o małej pienistości, a dużej zdolności piorącej, zwłaszcza w proszkach do pralek automatycznych (a takich jest większość). Zwilżalność jest ważniejszą cechą, gdyż od niej zależy zdolność piorąca. Podsumowując: skomponowaliśmy przykładowy proszek użytkowy, który mógłby być sprzedawany jako tani proszek do prania, chyba że zainwestowalibyśmy większość budżetu firmy w reklamę.