Открыть сервис
Главная → Блог → Алкилбензолсульфонаты

Алкилбензолсульфонаты

Алкилбензолсульфонаты (АБС) — это группа анионных поверхностно-активных веществ (ПАВ), представляющих собой соли алкилзамещённых бензолсульфокислот. Являются одними из наиболее распространённых компонентов синтетических моющих средств, используемых в промышленности и быту. Основной промышленной разновидностью являются линейные алкилбензолсульфонаты (ЛАБС, или LAS — Linear Alkylbenzene Sulfonates), которые пришли на смену разветвлённым алкилбензолсульфонатам (АБС) в 1960-х годах из-за их лучшей биоразлагаемости.

Химическая структура и свойства

Общая формула

Алкилбензолсульфонаты представляют собой производные бензолсульфокислоты, в которых один из атомов водорода в бензольном кольце замещён на алкильную цепь. Общая формула аниона АБС: R—C₆H₄—SO₃⁻, где R — алкильный радикал (CₙH₂ₙ₊₁). В качестве противоиона чаще всего выступают катионы натрия (Na⁺), калия (K⁺), кальция (Ca²⁺) или аммония (NH₄⁺). Натриевые соли являются наиболее распространёнными в составе порошковых моющих средств.

Линейные и разветвлённые АБС

Различают два основных типа алкилбензолсульфонатов в зависимости от строения алкильной цепи:

  • Линейные алкилбензолсульфонаты (ЛАБС) — алкильная цепь не имеет ответвлений (линейна). Длина цепи обычно составляет от 10 до 14 атомов углерода. ЛАБС обладают высокой степенью биоразлагаемости (до 90 % и более в аэробных условиях) и являются основой современных синтетических моющих средств.
  • Разветвлённые алкилбензолсульфонаты (АБС) — алкильная цепь содержит разветвления (например, тетрапропиленбензолсульфонат). Эти соединения обладают высокой поверхностной активностью, но крайне медленно разлагаются в окружающей среде (биоразлагаемость менее 10–20 %). Из-за этого в 1960-х годах во многих странах, включая СССР, был осуществлён переход на линейные аналоги.

Физико-химические характеристики

  • Растворимость: хорошо растворимы в воде, образуют коллоидные растворы (мицеллы) при концентрациях выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ).
  • Поверхностная активность: снижают поверхностное натяжение воды до 25–30 мН/м, что обеспечивает смачивание, эмульгирование и пенообразование.
  • Устойчивость к жёсткой воде: ЛАБС менее чувствительны к ионам кальция и магния, чем обычное мыло (натриевые соли жирных кислот), однако их моющая способность в жёсткой воде всё же снижается. Для улучшения свойств в рецептуры добавляют комплексообразователи (фосфаты, цеолиты, цитраты).
  • pH растворов: водные растворы ЛАБС имеют слабощелочную или нейтральную реакцию (pH 6–9 в зависимости от концентрации и сопутствующих компонентов).

История

От мыла к синтетическим ПАВ

До середины XX века основным моющим средством было натуральное мыло (соли жирных кислот). Однако оно обладало рядом недостатков: образовывало нерастворимые осадки («кальциевые мыла») в жёсткой воде, что снижало эффективность стирки и приводило к появлению серого налёта на тканях. В 1930–1940-х годах в Германии и США началось промышленное производство синтетических ПАВ на основе алкилбензолов.

Разветвлённые АБС и проблема загрязнения

Первыми широко распространёнными синтетическими ПАВ стали разветвлённые алкилбензолсульфонаты (на основе тетрапропилена). Они обладали отличными моющими свойствами и были дёшевы в производстве. Однако в 1950-х годах в странах Западной Европы и США было обнаружено, что эти соединения практически не разлагаются в сточных водах и в естественных водоёмах. Это приводило к массовому пенообразованию на реках (например, на Рейне) и загрязнению источников питьевой воды. Явление получило название «пенные реки» и вызвало общественный резонанс.

Переход на линейные АБС

В 1960-х годах под давлением экологических организаций и правительств химические компании разработали технологию получения линейных алкилбензолов (ЛАБ) с использованием нормальных парафинов. В 1964–1965 годах в ФРГ, США и Великобритании начался массовый переход от разветвлённых АБС к ЛАБС. В СССР аналогичный переход был осуществлён в 1970-х годах на Шебекинском химическом заводе и других предприятиях. К началу 1980-х годов доля ЛАБС в мировом производстве алкилбензолсульфонатов превысила 90 %.

Производство

Сырьё

Основным сырьём для получения ЛАБС являются:

  • Линейные алкилбензолы (ЛАБ) — продукт алкилирования бензола линейными олефинами (C₁₀–C₁₄) или хлорированными парафинами. Производство ЛАБ осуществляется на специализированных нефтехимических предприятиях (например, в России — «Нижнекамскнефтехим», «Сибур»).
  • Серная кислота (олеум) или серный ангидрид (SO₃) — для сульфирования алкилбензола.

Технологический процесс

Производство ЛАБС включает несколько стадий:

  1. Сульфирование: ЛАБ обрабатывают серной кислотой или серным ангидридом в специальных реакторах (плёночных или каскадных) при температуре 40–60 °C. Образуется алкилбензолсульфокислота.
  2. Нейтрализация: полученную сульфокислоту нейтрализуют водным раствором гидроксида натрия (NaOH) или другого основания. В результате образуется натриевая соль алкилбензолсульфокислоты (ЛАБС-Na).
  3. Очистка и сушка: продукт очищают от непрореагировавшего сырья и побочных продуктов, затем сушат до получения порошка (в случае порошковых моющих средств) или оставляют в виде водного раствора (для жидких средств).

Мировое производство ЛАБС в 2020-х годах оценивается в 3–4 миллиона тонн в год. Крупнейшими производителями являются компании из Китая, США, Германии и России.

Применение

Моющие средства

Основная область применения ЛАБС — производство синтетических моющих средств (СМС). Они входят в состав:

  • Стиральных порошков (как для ручной, так и для автоматической стирки) — обычно в концентрации 10–25 %.
  • Жидких моющих средств (гели для стирки, средства для мытья посуды, шампуни) — в концентрации 5–20 %.
  • Чистящих паст и спреев (для кухни, ванной, сантехники).
  • Промышленных моющих средств (для текстильной, пищевой, металлообрабатывающей промышленности).

Другие области

  • Нефтедобыча: ЛАБС используются в составе буровых растворов и для повышения нефтеотдачи пластов (как компонент ПАВ-заводнения).
  • Сельское хозяйство: входят в состав эмульгаторов для пестицидов и удобрений.
  • Кожевенная и текстильная промышленность: применяются для обезжиривания шерсти, удаления масел и смачивания тканей.
  • Косметика: в некоторых шампунях и гелях для душа (частично заменяются более мягкими ПАВ, такими как кокоамидопропилбетаин).

Экологические аспекты и безопасность

Биоразлагаемость

Линейные алкилбензолсульфонаты (ЛАБС) признаны биоразлагаемыми в аэробных условиях (в очистных сооружениях и в поверхностных водах). Скорость разложения составляет 80–95 % за 28 дней в стандартных тестах (OECD 301). В анаэробных условиях (например, в донных отложениях) ЛАБС разлагаются значительно медленнее. Разветвлённые АБС, напротив, практически не разлагаются и накапливаются в окружающей среде; их использование в бытовой химии в большинстве стран запрещено или ограничено.

Токсичность

ЛАБС обладают умеренной токсичностью для водных организмов. Острая токсичность (LC₅₀) для рыб составляет 1–10 мг/л, для дафний — 0,5–5 мг/л. В концентрациях, характерных для сточных вод после очистки (менее 0,1 мг/л), ЛАБС не представляют значительной опасности для экосистем. Для человека ЛАБС при контакте с кожей могут вызывать лёгкое раздражение и сухость, особенно при длительном использовании без перчаток. Внутреннее употребление больших доз (более 1–2 г на кг массы тела) может привести к отравлению, однако в быту такие случаи крайне редки.

Регулирование

В Российской Федерации содержание АБС в моющих средствах регулируется Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности парфюмерно-косметической продукции» (ТР ТС 009/2011) и ГОСТами на синтетические моющие средства (например, ГОСТ 32478-2013). В странах Европейского союза действует Регламент REACH, требующий регистрации и оценки безопасности всех ПАВ, включая ЛАБС.

Интересные факты

  • В 1950-х годах из-за разветвлённых АБС на реке Рейн образовывались устойчивые пенные шапки высотой до 3–5 метров, что стало символом экологического кризиса в Европе.
  • Линейные алкилбензолсульфонаты были впервые разработаны в 1962 году компанией «Hüls» (Германия) и «Monsanto» (США).
  • В СССР переход на ЛАБС был осуществлён в 1974 году на Шебекинском химическом заводе (Белгородская область), где была запущена установка по производству линейного алкилбензола мощностью 50 тыс. тонн в год.
  • ЛАБС входят в список основных ПАВ, рекомендованных Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) для использования в программах гигиены и санитарии в развивающихся странах.

Источники

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

Похожие материалы