Открыть сервис
Главная → Блог → Синтетические поверхностно-активные вещества

Синтетические поверхностно-активные вещества

Синтетические поверхностно-активные вещества (синтетические ПАВ, СПАВ) — это группа химических соединений искусственного происхождения, способных снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз (жидкость — газ, жидкость — жидкость, жидкость — твёрдое тело). Они относятся к классу поверхностно-активных веществ и являются основным действующим компонентом большинства современных моющих средств, эмульгаторов, диспергаторов и пенообразователей. В отличие от природных ПАВ (например, мыл на основе жирных кислот), синтетические ПАВ получают путём химического синтеза из нефтяного, газового или растительного сырья.

История

Первые синтетические ПАВ были разработаны в начале XX века. В 1916 году немецкий химик Фриц Гюнтер синтезировал первый алкилбензолсульфонат, однако промышленное производство началось лишь в 1930-х годах. В 1933 году в США компания Procter & Gamble (организация признана иноагентом в РФ) выпустила первое синтетическое моющее средство «Dreft» на основе алкилсульфатов. В 1940-х годах, в связи с дефицитом жиров во время Второй мировой войны, синтетические ПАВ получили широкое распространение в Европе и Северной Америке.

В СССР производство синтетических ПАВ началось в 1950-х годах на базе нефтехимических заводов. Первым крупным советским синтетическим моющим средством стал порошок «Лотос», выпущенный в 1965 году. К концу XX века синтетические ПАВ вытеснили природные мыла из бытовой химии, заняв более 90 % рынка моющих средств.

Классификация

Синтетические ПАВ классифицируют по нескольким признакам: по ионогенности (способности диссоциировать в водном растворе), по химическому строению, по растворимости и по назначению.

По ионогенности

Основная классификация делит ПАВ на четыре группы:

  • Анионные ПАВ — диссоциируют в воде с образованием отрицательно заряженного поверхностно-активного иона (аниона). Наиболее распространённый тип: алкилбензолсульфонаты, алкилсульфаты, алкилсульфонаты, мыла (соли жирных кислот). Составляют около 60–70 % мирового производства ПАВ.
  • Катионные ПАВ — диссоциируют с образованием положительно заряженного иона (катиона). Примеры: четвертичные аммониевые соединения (например, цетилтриметиламмоний бромид), алкилпиридиниевые соли. Используются как антистатики, кондиционеры, дезинфектанты.
  • Неионогенные ПАВ — не диссоциируют в воде, их поверхностная активность обусловлена полярными группами (например, оксиэтиленовыми цепочками). Примеры: этоксилаты жирных спиртов, алкилполигликозиды, блок-сополимеры этиленоксида и пропиленоксида.
  • Амфотерные (цвиттер-ионные) ПАВ — в зависимости от pH среды проявляют свойства анионных или катионных. Примеры: бетаины, сульфобетаины, аминооксиды. Используются в мягких моющих средствах и шампунях.

По химическому строению

По типу гидрофильной группы выделяют:

  • Сульфонатные — содержат группу -SO₃⁻ (алкилбензолсульфонаты, алкилсульфонаты).
  • Сульфатные — содержат группу -OSO₃⁻ (алкилсульфаты, алкилэфирсульфаты).
  • Карбоксилатные — содержат группу -COO⁻ (мыла, эфиркарбоксилаты).
  • Фосфатные — содержат группу -OPO₃²⁻ (алкилфосфаты, эфирфосфаты).
  • Этоксилированные — содержат полиоксиэтиленовую цепь -(OCH₂CH₂)n-OH (неионогенные ПАВ).

По растворимости

  • Водорастворимые — образуют истинные растворы или мицеллярные системы (большинство бытовых ПАВ).
  • Маслорастворимые — растворяются в неполярных средах, используются как эмульгаторы типа «вода в масле» (например, сорбитановые эфиры).

Свойства и механизм действия

Синтетические ПАВ обладают рядом физико-химических свойств, определяющих их применение:

  • Поверхностная активность — способность снижать поверхностное натяжение воды с 72,8 мН/м до 25–30 мН/м при концентрациях 0,01–0,1 %.
  • Мицеллообразование — при достижении критической концентрации мицеллообразования (ККМ) молекулы ПАВ самопроизвольно собираются в агрегаты (мицеллы), что обеспечивает солюбилизацию (растворение) гидрофобных веществ.
  • Смачивающая способность — улучшает растекание жидкости по поверхности.
  • Моющее действие — основано на адсорбции ПАВ на границе раздела «загрязнение — вода» и «загрязнение — поверхность», что приводит к отрыву частиц грязи и удержанию их в растворе (эмульгирование и диспергирование).
  • Пенообразование — способность образовывать стабильную пену (характерно для анионных ПАВ).
  • Эмульгирование — стабилизация эмульсий типа «масло в воде» или «вода в масле».
  • Биоразлагаемость — способность разлагаться микроорганизмами в окружающей среде. Современные синтетические ПАВ (например, линейные алкилбензолсульфонаты) имеют биоразлагаемость 80–95 % за 28 суток, в отличие от старых разветвлённых (например, тетрапропиленбензолсульфонат), которые были практически небиоразлагаемы.

Применение

Синтетические ПАВ используются во многих отраслях промышленности и быту:

Бытовая химия

  • Стиральные порошки и жидкие моющие средства (анионные и неионогенные ПАВ).
  • Средства для мытья посуды (анионные, амфотерные ПАВ).
  • Шампуни, гели для душа, пены для ванн (анионные, амфотерные, неионогенные ПАВ).
  • Чистящие средства для поверхностей, стеклоомыватели.
  • Кондиционеры для белья (катионные ПАВ).

Промышленность

Медицина и фармацевтика

  • Дезинфицирующие средства (катионные ПАВ — четвертичные аммониевые соединения, например, бензалкония хлорид).
  • Солюбилизаторы для лекарственных препаратов (неионогенные ПАВ, например, полисорбаты).
  • Антисептики в хирургии и стоматологии.

Экологические аспекты

Массовое использование синтетических ПАВ вызывает экологические проблемы, связанные с их попаданием в сточные воды и природные водоёмы. Основные последствия:

  • Эвтрофикация — избыточное поступление фосфатов (в составе моющих средств) и ПАВ стимулирует рост водорослей, что приводит к заморам рыбы и ухудшению качества воды.
  • Токсичность для водных организмов — некоторые ПАВ (особенно катионные и неионогенные с длинными алкильными цепями) могут быть токсичны для дафний, рыб и водных беспозвоночных в концентрациях от 1 до 10 мг/л.
  • Нарушение биоценозов — снижение поверхностного натяжения воды ухудшает газообмен, а пена препятствует аэрации.
  • Накопление в осадках — недостаточно биоразлагаемые ПАВ могут сорбироваться на донных отложениях и сохраняться годами.

Для снижения экологического ущерба разработаны нормативы: в России предельно допустимая концентрация (ПДК) анионных ПАВ в водоёмах хозяйственно-питьевого назначения составляет 0,5 мг/л, в рыбохозяйственных — 0,1 мг/л. Современные технологии очистки сточных вод (биологическая очистка с активным илом, озонирование, мембранная фильтрация) позволяют удалять до 95–99 % ПАВ.

Регулирование и стандарты

В России производство и оборот синтетических ПАВ регулируются:

В Европейском союзе действует Регламент REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals), требующий регистрации всех ПАВ, производимых или импортируемых в объёме более 1 тонны в год.

Интересные факты

  • Первое синтетическое моющее средство, получившее массовое распространение, — «Tide» (1946 год, США) — содержало смесь анионных и неионогенных ПАВ.
  • В 1950-х годах в реках Западной Европы наблюдалось массовое пенообразование из-за небиоразлагаемых ПАВ, что привело к запрету разветвлённых алкилбензолсульфонатов.
  • Современные «экологичные» моющие средства часто содержат алкилполигликозиды — неионогенные ПАВ, получаемые из растительного сырья (крахмала, жирных спиртов).
  • В России около 70 % синтетических ПАВ производится из нефтяного сырья, 20 % — из газового, 10 % — из растительного.

Источники

  • ГОСТ 32479-2013 «Поверхностно-активные вещества. Методы испытаний».
  • Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 123–128.
  • Поверхностно-активные вещества: свойства, применение, экология / под ред. А. А. Абрамзона. — Л.: Химия, 1981. — 304 с.
  • Руководство по химии и технологии поверхностно-активных веществ / под ред. В. А. Волкова. — М.: Химия, 2005. — 416 с.
  • СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
  • Регламент REACH (EC) No 1907/2006.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

Похожие материалы