1. Co to są substancje powierzchniowo czynne

To związki chemiczne, które po rozpuszczeniu lub zdyspergowaniu w cieczy ulegają adsorpcji na granicy faz zmieniając międzyfazowe napięcie powierzchniowe. Związki te charakteryzują się specyficzną budową cząsteczki, tzw. Budową amifilową. Oznacza to, że cząsteczka składa się z części hydrofilowej-wykazującej powinowactwo do wody, oraz części liofilowej- wykazującej powinowactwo do tłuszczów. Przykłady grupy hydrofilowej:- COOH(karboksylowa),-OH(hydroksylowa),-SO₃H (sulfonowa), -CH₂-CH₂-O-. Przykłady grup hydrofobowych (liofilowych): łańcuch węglowodorowy, węglowodory cykliczne.

SPC najpowszechniej wykorzystuje się w przemyśle chemii gospodarczej do produkcji środków czystości- preparaty do prania, mycia, czyszczenia. Używa się ich także w wielu procesach przemysłowych jako środków pianotwórczych, emulgujących, przeciwpiennych itd.

Istnieje bardzo wiele podziałów substancji powierzchniowo czynnych. Wyróżnić możemy:

Ogólnie SPC można podzielić ze względu na:

• dysocjacje elektrolityczną

• budowę chemiczną

• funkcje

• właściwości fizykochemiczne

• kierunki zastosowań

• liczbę pełnionych głównych funkcji

Podział ze względu na budowę chemiczną/ dysocjacja eletrolityczna:

1.Jonowe

*anionowe-zawierają co najmniej jedną grupę funkcyjną i ulegają dysocjacji z wytworzeniem ujemnie naładowanych jonów , stanowiących o aktywności powierzchniowej.(np. mydła potasowe, sodowe, oleje i tłuszcze siarczanowe i inne)
*kationowe- zawierają co najmniej jedną grupę funkcyjną i ulegają dysocjacji z wytworzeniem dodatnio naładowanych jonów , stanowiących o aktywności powierzchniowej (aminy, sole sulfonowe, sole fosfonowe, sole i zasady zawierające IV rzędowy atom N)

*amfo lityczne- zawierają dwie grupy funkcyjne, które zależnie od środowiska mogą ulegać jonizacji w roztworze wodnym, dając substancję powierzchniowo czynną o właściwościach anionowych Lu kationowych.(np. polipeptydy)

2.Niejonowe- nie ulegają dysocjacji, a ich rozpuszczalność w wodzie jest wynikiem obecność iw ich cząsteczkach grup funkcyjnych oddziałujących z cząsteczkami wody.(saponiny, estry kw.łuszczowych z alkoholami itd.)

Podział ze względu na główne funkcje użytkowe:

-monofunkcyjne- dominuje tu cecha związana z aktywnością powierzchniową związku.

-wielofunkcyjne- spełniają jednocześnie inną ważna funkcję z punktu widzenia właściwości użytkowych, należą do nich m.in. związki myjąco-odkażające, myjąco-odkażająco-anty elektrostatyczne itp.

Funkcje:

-piorące

-myjące

-myjąco- czyszczące

-myjąco- odkażające

-flotacyjne i pianotwórcze

-emulgujące

-dyspergujące

-zwilżające

-anty-elektrostatyczne.

Środkami piorącymi nazywamy środki ułatwiające usuwanie brudu z powierzchni ciał stałych na zasadzie procesów fizycznych( obniżania napięcia powierzchniowego, dyspergowanie, emulgowanie) i chemicznych (zobojętnianie, zmydlanie). Zaliczamy do nich między innymi mydła i środki syntetyczne, tzw. detergenty (produkty kondensacji kw.tłuszczowych), które w przeciwieństwie na twardą wodę i alkaliczny odczyn kąpieli piorących. Jest bardzo wiele środków piorących i myjących. Aby lepiej zobrazować część przemysłu chemii gospodarczej którą będziemy omawiać- czyli proces wytwarzania mydła obrazuje wykres. 1.

MYDŁO

-to substancja powierzchniowo czynna należąca do grupy substancji powierzchniowo czynnych anionoaktywnych(anionowe) definiowana jako „sól najczęściej sodowa nasyconych lub nienasyconych kwasów tłuszczowych o wzorach ogólnych C_nH_2n+1COONa i C_nH_2n-1COONa (gdzie n= 11-17) otrzymywane przez zmydlanie tłuszczów zwierzęcych, głownie łoju lub utwardzonych olejów roślinnych często z dodatkiem oleju kokosowego i kalafonii”. Wynalezione na Bliskim Wschodzie ponad 5000 lat temu. Na początku używano go głównie do prania odzieży i przemywania ran z czasem zaczęto je używać do mycia się.

Łańcuch wodorowy stanowi resztę hydrofobową, a grupa karboksylowa resztę hydrofilową.

Reakcja zmydlania- reakcja hydrolizy estrów kwasów tłuszczowych (tłuszczów) w środowisku zasadowym. Produktami zmydlania są polialkohole (glicerol, gliceryna) oraz mydła, będące z punktu widzenia chemii solami kwasów tłuszczowych oraz zasad.

PODZIAŁ MYDEŁ:

Istnieje wiele podziałów mydeł w zależności od właściwości fizycznych, chemicznych i fizykochemicznych i wielu innych czynników.

Ogólnie możemy wyróżnić

1. mydła alkaliczne (rozpuszczalne w wodzie, stałe mydła sodowe, np. mydło toaletowe, oraz maziste mydło potasowe, np. tzw. mydło ciekłe) odznaczają się doskonałymi właściwościami piorącymi w wodzie miękkiej i w środowisku zasadowym. Ich wadą jest to, że dają osady nierozpuszczalne, trudno dyspergujące się w wodzie twardej. Otrzymuje się je m.in. z tłuszczów jadalnych.

2. mydła metaliczne (nierozpuszczalne w wodzie, stosowane do produkcji smarów i napalmu, a także w przemyśle tłuszczowym i w kosmetyce). Duża zawartość metali pozwala na zastosowanie jako sykatywy w przemyśle lakierów i jako katalizatory

3. mydła aminowe posiadają zwykle cechy mydeł alkalicznych, lecz mają mniejszą alkaliczność hydrolityczną

Ze względu na rozpuszczalność w wodzie:

1. rozpuszczalne

-sodowe

-potasowe

-amonowe

1. nierozpuszczalne

-wapniowe- rozpuszczalne w olejach

-cynkowe

-glinowe

-magnezowe

Ze względu na konsystencję:

1. Twarde(sodowe)

2. Miękkie(potasowe)

(Twardość- zależy od zasady stosowanej do zmydlania i w pewnym stopniu także od użytego oleju)

Ze względu na zastosowanie(151)

1. Lecznicze-produkowane z surowców najwyższej jakości, bez zanieczyszczeń często spotyka się w nich środki mające działanie odkażające, dezynfekujące, przeciwgrzybiczne, przeciwpotne, wyciągi ziołowe i roślinne; stosowane w medycynie np. jako substancje pomocnicze w terapii trądziku(mydło „siarkowe” lub „ihtiolowe”)

2. Toaletowe- produkowane z najlepszych surowców(tłuszcze zwierzęce i olej kokosowy), nie zawierają substancji obciążających np. wolnego ługu, nie zmydlonego tłuszczu itp. Często zawierają substancje uszlachetniające tj. substancje zapachowe, barwniki, glicerynę, lanolinę, spirytus lub cukier (w mydłach przezroczystych)

3. Gospodarcze- są to mydła niskiej jakości, głownie klejowe stosowane w gospodarstwach domowych np. do prania. Zawierają duże ilości zanieczyszczeń, ługu i substancji obciążających

Ze względu na sposób wytwarzania(151)

• Klejowe- możemy podzielić na dwie grupy:

  • klejowe twarde(surowiec podstawowy: olej kokosowy; otrzymywany przez gotowanie tłuszczu z ługiem bądź mieszanie „na zimno”. Skład % o szerokim zakresie- od 15 do powyżej 60% zawartości kw. tłuszczowych. Duża zawartość gliceryny, szkła wodnego, ługu, zanieczyszczeń i środków obciążających, np. gliny.)

  • miękkie, maziste mydła potasowe(surowiec podstawowy: olej lniany lub sojowy; otrzymuje się poprzez zmydlanie tłuszczu z NaCl, w celu uzyskania odpowiedniej konsystencji dodaje się KCO₃; ok. 40% kw. tłuszczowych, brak zanieczyszczeń, subst. obciążających, kw. tłuszczwych)

• Rdzeniowe- otrzymuje się przez reakcje zmydlania tłuszczów obojętnych lub kw.tłuszczowych ługiem; po zmydleniu oddziela się właściwe mydło od gliceryny i nadmiaru ługu przez wysalanie za pomocą NaCl. Zawartość kw.tłuszczowych minimum 63%, brak środków obciążających

• Półrdzeniowe- powstają również w procesie zmydlania, a następnie wysalania jednak w tym wypadku dodaje się taką ilość elektrolitu (np. NaCl), która jest niewystarczająca do wysolenia mydła na gorąco. Dopiero podczas stygnięcia mieszaniny zaczyna się częściowe wysalanie. Zawierają pewne ilości substancji obciążających np. szkło wodne.

WŁASĆIWOŚCI MYDŁA:

Mydła to jedna z najstarszych substancji chemicznych otrzymywanych przez człowieka. Powszechna akceptacja tego produktu związana jest z jego znakomitymi właściwościami myjącymi, higienicznymi, brakiem szkodliwości dla zdrowia człowieka, a także powszechną dostępnością środków do jego produkcji.

Zalety:

• zdolność prania włókien celulozowych

• łatwość wypłukiwania

• zdolność dyspergowania

• trwałość piany

• słabe działanie odtłuszczające w stosunku do skóry

Wady:

• mała odporność na działanie kwasów

• dużą zasadowość hydrolityczną

• duża wrażliwość na obecność w wodzie metali ciężkich i alkalicznych (głownie wapnia i magnezu)

(Należy zaznaczyć, że właściwości te są charakterystyczne dla tradycyjnego mydła- będącego solą sodową kwasów tłuszczowych. Nieco inne właściwości maja mydła syntetyczne, które są w rzeczywistości detergentami, różniącymi się nawet procesem produkcji od klasycznych mydeł)

OTRZYMYWAIE/PRODUKCJA MYDŁA

1. Surowce

a)organiczne:

• tłuszcze i oleje, które zostały podzielone na grupy, wg . których określa się jakość mydła(I-VIII, tab. 1)

• substancje zastępujące surowiec tłuszczowy, np. kwasy żywiczne w postaci kalafonii i oleju toaletowego

b)nieorganiczne:

• Wodorotlenek sodu(NaOH)-proces zmydlania

• Wodorotlenek potasu (KOH)-proces zmydlania

• Chlorek sodu (NaCl)- proces wysalania

• Węglan sodu kalcynowany lub krystaliczny (Na₂CO₃)

c)substancje uszlachetniające:

• surowce pomocnicze: skrobia

• wypełniacze: cukier, gliceryna, etanol, sorbiotol- przy wytwarzaniu mydeł „transparentnych”

• plastyfikatory: woski, np. lanolina, parafina- aby nadać mydłu odpowiednią elastyczność

• Kompozycje zapachowe: olejki eteryczne, sztuczne aromaty

• Barwniki

• Środki antyseptyczne: przeciwgrzybiczne, przeciwpotne, dezodorujące, dezynfekujące itp.

• Inne: kawałki suszonych owoców, pestki, kwiaty, zioła- w celach ozdobnych

• Inne: płatki owsiane, otręby, otręby migdałowe, proszek marmurowy, trociny – przy produkcji mydeł mających również funkcję ścierną naskóka.

1. Produkcja mydła/technologia mydła(rysunek 2 str. 152)

1. Etap: warzenie mydła

1. Zmydlanie 20%

2. Gwałtowne zmydlanie

3. Domyślanie 5%

Charakterystyczną cechę procesu warzenia jest występowanie 3 etapów, których szybkość jest zróżnicowana, co przedstawia wykres(rysunek 2/152). Zmydlanie- czyli proces przebiegający dość szybko, z narastającą prędkością odbywa się do momentu zmydlenia ok. 20% tłuszczu. Następny etap- gwałtowne zmydlanie wykazuje prawie stałą szybkość po czym przechodzi w etap domyślania. Domydlanie ostatnich 5% przebiega bardzo opornie, a spowodowane to jest spadkiem stężenia substancji reagujących ze sobą i duża lepkością ośrodka.

Do kotła z rozgrzanym tłuszczem stopniowo dodaje się ług (NaOH) i po dodanie ok. 20% całkowitej ilości ługu następuję charakterystyczna zmiana w wyglądzie masy. Z matowej i jasnej przechodzi w ciemną i przezroczystą.

Ilość dodawanego ługu można i należy kontrolować poprzez dozowniki, ponieważ nieodpowiednia ilość może zakłócić proces warzenia:

• Zbyt duża ilość ługu może spowodować przedwczesne rozbolenie się całej masy i gwałtowne wydzielanie się ciepła- co może być bardzo niebezpieczne

• Zbyt mała ilość dostarczonego ługu powoduje powstanie ciemnych grud zgęstniałego mydła zawierających niezmydlony tłuszcz.

Etap warzenia mydła jest zakończony, gdy w naczyniu(kotle) znajduje się 50% kwasó tłuszczowych i 0,2-0,3 % czystego ługu.

1. Etap: wysalanie- to inaczej wydzielanie mydła z mieszaniny poreakcyjnej

Do wrzącej masy mydlanej dodaje się stężony NaCl.

1. Etap : chłodzenie, krojenie, przechowywanie, pakowanie

(Rysunek ze str. 155)-schemat blokowy

Inne procesy technologiczne są stosowane w produkcji mydła rdzeniowego (przedstawiony powyżej) inne do produkcji mydeł syntetycznych.

BIODEGRADACJA:

Rosporządzenie ministra gospodarki z 9.09.1998r. o detergentach ustala, że stopień biodegradacji SPC wchodzących w skład środków do prania i mycia musi wynosić co najmniej 80%. Stopień biodegradacji określa się za pomocą próby laboratoryjnej. Stosując osad czynny warunkach zbliżonych do warunków występujących w praktyce oczyszczania ścieków. Na środowisko naturalne wpływają fosforany zawarte w środkach piorących. Fosforany sprzyjają eutrofizacji wód stojących i wolno płynących, powodując nadmierny przyrost wodorostów i zmniejszając zawartość tlenu w wodzie oraz wpływając na życie innych organizmów wodnych. Istnieją opinie, że fosforany należy raczej usuwać ze ścieków niż eliminować je ze środków piorących.

PORÓWNANIE MYDŁA SYNTETYCZNEGO I TRADYCYJNEGO

Cecha	Mydło tradycyjne	Mydło syntetyczne
Uczucie suchej skóry	Duże	Małe
pH	9-11	4,8-8
Własności pianotwórcze w miękkiej wodzie	Dobre	Dobre
Działanie pianotwórcze w twardej wodzie	Słabe	Dobre
Własnośći myjące	Dobre	Dobre
Własnośći odtłuszczające	Duże	Małe

(OPIS DO TABELKI- trzeba będzie powiedzieć to, gdy tabelka pójdzie na slajd)

Zasadniczą różnicą pomiędzy mydłami syntetycznymi i tradycyjnymi jest pH. W MT pH jest silnie zasadowe, alkaliczne, natomiast w mydłach syntetycznych pH jest kwaśne i zbliżone do obojętnego. Dąży się do tego aby uzyskać pH jak najbardziej zbliżone do pH skóry= 5,5. Zarówno mydła syntetyczne, jak i mydła tradycyjne wykazują dobre własności pianotwórcze, jeżeli jednak w wodzie znajdują się składniki powodujące jej twardość odbija się to negatywnie na pienistości mydła tradycyjnego. Jedne i drugie wykazują bardzo dobre własności myjące. Mydło tradycyjne ma bardzo silne własność odtłuszczające i powoduje uczucie suchej skóry po myciu. Natomiast w mydle syntetycznym usiłuje się przeciwdziałać nadmiernemu odtłuszczeniu poprzez dodatek np. niezmydlonych kwasów tłuszczowych. Dzięki temu poprzez dodatek różnych składników i mieszania ich ze sobą MS jest łagodniejsze w swym działaniu, ma działanie pielęgnujące w obojętnym zakresie pH. Kolejną różnicą jest proces produkcji.

Podsumowując można powiedzieć, że mydła syntetyczne przy takich samych własnościach myjących i jednocześnie łagodnym działaniu, pH zbliżonym do pH skóry są lepszym rozwiązaniem dla osób np. wrażliwych na działanie zwykłego mydła. MS polecane przez dermatologów w różnego rodzaju terapiach, jako łagodne środki myjące.

MECHANIZM PRANIA/MYCIA (149)

Właściwości piorące i czyszczące mydła zależą od budowy chemicznej i od właściwość i fizykochemicznych. Właściwość pienna roztworów środków piorących nie ma zasadniczego wpływ na ich wartość piorącą- ułatwia jedynie odprowadzanie brudu i wykazuje wyczerpywanie się środka piorącego w kąpieli.

Charakterystyczną cechą środków piorących, w tym mydła jest znacznie większa długość cząsteczek niż ich przekrój poprzeczny. Jednak najważniejszą cechą warunkującą właściwości myjące/piorące jest amifilowy charakter cząsteczki(hydrofilowa grupa polarna i hydrofobowa grupa węglowodorowa) Cząsteczki te, w skutek zjawiska adsorpcji gromadzą się na granicy faz i orientują prostopadle do powierzchni granicznej- elementem hydrofilowym ku wodzie, a hydrofobowym ku warstwie brudu. Następnie następuje zmniejszenie kąta granicznego między warstwą brudu i podłoża, a następnie kurczenie się warstwy brudu. Następuje oderwanie od powierzchni czyszczonej warstwy brudu(skóra, tkanina) i otoczenie cząsteczkami SPC. W takiej postaci warstwa brudu może być już zemulgowana i odprowadzona z kąpielą.

Preparaty do kąpieli

Są to detergenty, które są swego rodzaju alternatywą dla zwykłych mydeł- czyli mydła syntetyczne, których właściwości omówione zostały wcześniej. Tego typu środek powierzchniowo czynny może zawierać wszystkie składniki i dodatki stosowane w mydłach klasycznych.

Są

Z punktu widzenia formy należą do nich:

• Sole i proszki do kąpieli

• Tabletki i gałki do kąpieli

• Olejki do kąpieli

• Emulsje i mleczka do kąpieli

• Płyny do kąpieli

• Żele do kąpieli

W każdej z tych form mogą pojawić się podobne właściwości użytkowe, a tym samy składniki aktywne. Każda z tych form cechuje się dużą po powyżej 5% zawartością kompozycji zapachowych.

Jeśli chodzi o proces technologiczny wygląda on następująco:

(Wykres)

Po stopieniu wosków, łącznie ze skrobią i środkami powierzchniowo czynnymi tworzy się gniotliwa masa, która przechodząc przez trójwalcówkę i pelatezę zostaje zhomogenizowana i odpowietrzona.

Dobór plastyfikatorów, tj. wosków jest dla procesu produkcji bardzo ważny. Aby masa nadawała Siudo przerabiania musi istnieć pewien przedział temp., w którym masa staje się plastyczna. Odchylenia od prawidłowej normy mogą doprowadzić do zakłócenia procesu produkcji(nie może być zbyt gęsta ani za rzadka). Przez dokładne kondycjonowanie i wymieszanie syntetyków można uzyskać optymalny pod względem plastyczności zakres emerytur na transporcie taśmowym w temp. -2 stopni C. Wtłoczona masa mydła syntetycznego jest krojona w kostki i prasowana na gotowe kawałki, stopniowo twardniejące.