Определение гидрофильно-липофильного баланса ПАВ на основе растительных масел и полиэтиленгликолей

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 541. 18
С А. КУЗНЕЦОВ, Н И. КОЛЬЦОВ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОФИЛЬНО-ЛИПОФИЛЬНОГО БАЛАНСА ПАВ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ И ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЕЙ
В настоящее время для поверхностно-активных веществ (ПАВ) отсутствует универсальный показатель, позволяющий судить об их использовании в качестве эмульгаторов [9]. Для исследования эффективности ПАВ в работах [1, 4, 8, 11, 12] предложено использовать такие их свойства, как: температурная устойчивость [4, 11, 12], степень дисперсности [4, 12], поверхностное натяжение [4, 11], вязкость [1, 8], критическая концентрация мицеллообразования [7]. Однако перечисленные параметры раскрывают только отдельные свойства ПАВ и не позволяют судить об эффективности их применения для различных эмульгируемых сред. В работе [10] для характеристики гомогенной устойчивости ПАВ в форме микроэмульсий был введен гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) — показатель, который представляет собой соотношение между гидрофильными и гидрофобными группами в молекулах эмульгаторов. Нами в развитие работы [10] предлагается использовать ГЛБ в качестве универсального показателя эффективности ПАВ на основе растительных масел и полиэтиленгликолей для оценки их применимости в качестве эмульгаторов.
ГЛБ позволяет определять тип образующейся эмульсии. Так, увеличение ГЛБ указывает на возрастание гидрофильности ПАВ. Для приготовления обратных эмульсий типа вода-масло надо выбирать ПАВ с ГЛБ не выше 5- если же речь идет о получении прямых эмульсий типа масло-вода, то нужны ПАВ с числом ГЛБ не менее 10. Для большинства моющих средств ГЛБ равно 13, для солюбилизаторов — 16−18, для оксиэтилированных соединений — не более 20. Считается, что для минеральных и индустриальных масел подходящими являются эмульгаторы, для которых ГЛБ не ниже 10, а для эмульгирования растительных масел — величина ГЛБ должна находиться в интервале 7−8 [8].
ГЛБ можно определить расчетным путем, исходя из строения молекулы ПАВ. Для эфиров на основе жирных кислот и многоатомных спиртов, а также оксиэтилированных жирных кислот справедливо следующее уравнение [10]:
ГЛБ = (Е + Р)/5, (1)
где Е — содержание окиси этилена, мас. %- Р — содержание многоатомного спирта, мас. %. Для оксиэтилированных продуктов, не содержащих многоатомных спиртов, приведенное выше уравнение упрощается:
ГЛБ = Е/5. (2)
Экспериментальная часть. В литературных источниках [5, 8, 10] приводятся различные методики эксперимениального определения ГЛБ. Нами предлагается более простая, чем существующие, методика нахождения ГЛБ, которая приведена ниже.
В мерный цилиндр на 100 мл со шлифом помещается 47,5 мл минерального или индустриального масла, 47,5 мл воды и 5 мл исследуемого ПАВ. Для повышения стабильности системы в нее добавляется электролит (этано-ламин, триэтаноламин или щелочь). Цилиндр закрывается пробкой, встряхивается в течение нескольких минут и помещается в термостат на 24 часа при температуре 25 °C. После этого определяется высота образовавшейся эмульсии, находящейся в цилиндре между нижним водным и верхним масляным слоями. В случае, если эмульсионный слой не образовался по истечении суток или представляет собой серию слоев, не смешиваемых между собой, это указывает на то, что исследуемое вещество не является эмульгатором масла. Если же образуется белая водная эмульсия, то ГЛБ рассчитывается по следующей формуле:
где Ьі - высота эмульсионного слоя- Ь — общая высота содержимого цилиндра.
На практике при приготовлении микроэмульсий иногда требуется подобрать систему из двух ПАВ с различными ГЛБ. Поскольку конкретные ПАВ обладают определенными ГЛБ, при наличии ограниченного их числа изготавливаются бинарные смеси этих ПАВ. Причем массовые доли ПАВ (ю1 и (c)2) определяются путем решения системы уравнений:
ПАВ и их смеси.
Результаты и их обсуждение. Для проверки приведенной выше методики нами были синтезированы неионогенные ПАВ — оксиэтилированные жирные кислоты с числом оксиэтильных групп от 2 до 14. Синтезы проводились при температуре 140 °C путем взаимодействия растительных масел с полиэти-ленгликолями по схеме:
ГЛБ = 20Ь1/Ь,
(3)
'- (c)1 + (c)2 = 1,
Ю1ГЛБ1 + Ю2ГЛБ2 = ГЛБ, где ГЛБ1, ГЛБ2 и ГЛБ — гидрофильно-липофильные балансы первого, второго
О
II
Н2С- ОН
Н2С- О-С-Я О
II
Н2С- ОН
Н2С- О- С-Я
где Я=-С!7Нзз и Я*=-СН2-СН2-О-СН2-СН2- (I) — Я=-СпНзз и Я*=-(СН2-СН2-О)8-СН2-СН2- (II) — Я=-СпНзз и Я*=-(СН2-СН2-О)!4-СН2-СН2- (III) — Я-С^з и Я*=-СН2-СН2-О-СН2-СН2- (IV) — Я -С^з и Я*=-(СН2-СН2-О)8-СН2-СН2- (V).
Выход продуктов реакции контролировался по количеству образующегося глицерина, который идентифицировали путем его окисления йодной кислотой по методике [6]. Установлено, что выход синтезированных ПАВ составлял не менее 95%.
Для полученных ПАВ определялась плотность (р) по методике [2], вязкость (п) при 40 °C по по методике [з], а также ГЛБ как теоретически по формуле (2), так и опытным путем по формуле (з). Свойства полученных ПАВ приведены в таблице.
Свойства и ГЛБ полученных ПАВ
Номер ПАВ р, г/см3 П, мм2/с ГЛБ
теоретическое опытное
I 0,9з 44,2 4,8 5,8
II 1,02 50,8 11,7 12,0
III 1,04 52,0 1 з, 7 1з, 0
IV 1,0 42,1 6,1 6,0
V 1,05 51, з 1з, з 12,9
Как видно из таблицы, экспериментально определенные и теоретически рассчитанные ГЛБ практически совпадают. Высоким ГЛБ обладают соединения с наиболее выраженной гидрофильной частью в молекуле или наименее выраженной гидрофобной. Так, соединение III имеет наивысшую степень оксиэтили-рования — 14 оксиэтильных групп, а в структуру молекулы соединения V входит остаток лауриновой кислоты, который короче на 6 углеродных атомов остатка олеиновой кислоты, входящей в структуру эфиров ЫП. Именно поэтому соединения IV и V, соответствующие соединениям I и II по степени оксиэтилирова-ния, обладают более высокими ГЛБ. Полученные ПАВ могут быть использованы в качестве эмульгаторов индустриальных и минеральных масел.
Таким образом, нами разработана новая простая методика экспериментального определения гидрофильно-липофильного баланса ПАВ, синтезированы новые оксиэтилированные неионогенные ПАВ на основе растительных масел и полиэтиленгликолей, для которых величины ГЛБ, рассчитанные и определенные по данной методике, практически совпадают, что указывает на эффективность предлагаемого в данном сообщении метода.
Литература
1. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1976. 512 с.
2. ГОСТ з900−85. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности.
3. ГОСТ зз-82. Нефтепродукты. Метод определения кинематической и расчет динамической вязкости.
4. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Под ред. Ю. Г. Фролова и А. С. Гродского. М.: Химия, 1986. 216 с.
5. Русанов А. И. Мицеллообразования в растворах поверхностно-активных веществ. СПб.: Химия, 1992. С. 78−79.
6. Сиггиа С., Хана Дж.Г. Количественный органический анализ по функциональным группам. М.: Химия, 1983. С. 41−42.
7. Чичканов С. В., Проскурина В. Е., Мягченков В. А. Оценка критической концентрации мицеллообразования ионогенных и неионогенных ПАВ по данным модифицированного метода сталагмометрии // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2002. № 9. С. 33−35.
8. Шенфельд Н. Неионогенные моющие средства продукты присоединения окиси этилена. М.: Химия, 1965. 488 с.
9. Щукин Е. Д., Перцов А. В., Амелина Е. А. Коллоидая химия: Учебник для университетов и химико-технологических вузов. М.: Высш. шк. 2004. 445 с.
10. Griffin W.C. Offic. Digest. 1956. V. 28, № 377. Р. 446.
11. MyersD. Surfaces, interfaces and colloids. Principles and аррИсайош. N.Y.: Wiley, 1999. 519 р.
12. Holmberg K., et al. Handbook of applied surface and colloid chemistry. N.Y.: Wiley, 2002. V. 2, 500 р.
КУЗНЕЦОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ родился в 1980 г. Окончил Чувашский государственный университет в 2002 г. Инженер ОНИЛКОМ НИЧ Чувашского университета. Имеет 2 публикации. Область научных интересов — химия поверхностно-активных веществ.
КОЛЬЦОВ НИКОЛАЙ ИВАНОВИЧ. См. с. 29. ______________________________________________

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой