Синтетические моющие средства

Мыла являются широко распространенными и давно известными моющими средствами. Однако они имеют ряд недостатков. Прежде всего, в «жесткой» воде (воде, содержащей растворимые кальциевые и магниевые соли) происходит потеря их моющей способности вследствие образования нерастворимых кальциевых и магниевых мыл. Кроме того, мыла нельзя использовать в качестве моющих средств в кислой среде (что часто необходимо

в технике), так как происходит разложение мыл с выделением жирных кислот. Моющие свойства мыл значительно снижаются в воде, содержащей большое количество солей, например в морской. К этим техническим недостаткам обычных мыл следует добавить огромный, если так можно выразиться, экономический недостаток — использование для их производства пищевых жиров.

Учитывая, что потребление мыла для технических и бытовых целей достигает громадных количеств, легко представить себе колоссальное потребление пищевого сырья в мыловаренной промышленности.

На производство мыла, моющих веществ, олифы, смазок и на другие технические цели еще недавно расходовалось до 400 тыс. т. пищевых жиров в год. Между тем они с успехом могут быть заменены продуктами переработки нефти, угля и природных газов. Поэтому задача получения синтетических моющих веществ, обладающих хорошими моющими свойствами, из непищевого сырья является весьма актуальной.

В настоящее время эта задача успешно решается. В 1961- 1970 гг. за счет выпуска синтетических моющих средств высвобождено из промышленного потребления около. 1800 тыс. т жиров. Получен богатый ассортимент синтетических моющих средств, обладающих значительно более высокими моющими свойствами по сравнению с обычными мылами. Что они собой представляют?

Общими для подавляющего большинства синтетических моющих веществ являются следующие особенности строения.

1. Длина их молекулы значительно превосходит ее поперечный размер.

2. В составе молекулы имеются гидрофобная и гидрофильная части.

Гидрофильной частью, как правило, является углеводородный остаток, содержащий 8—20 углеродных атомов. В его состав могут входить атомы других элементов, а также ароматические и циклопарафиновые кольца.

Гидрофильными являются, например, такие остатки:

Подавляющее большинство синтетических моющих веществ можно разделить на два больших класса:

1. Ионогенные соединения, способные диссоциировать в водном растворе на ионы.

2. Неионогенные соединения, не способные к диссоциации в водных растворах.

Ионогенные моющие вещества подразделяются на анионные и катионные.

а) Анионные (анионоактивные) моющие вещества — вещества, у которых после электролитической диссоциации часть молекулы, содержащая углеводородный радикал, представляет собой анион, например:

б) Катионные (катионоактивные) — у которых после электролитической диссоциации часть молекулы, содержащая углеводородный радикал, образует катион, например:

Мы рассмотрим лишь анионные синтетические моющие вещества, потому что катионные соединения, как правило, являются сравнительно малоэффективными как моющие средства и применяются в основном в качестве бактерицидных препаратов.

Из анионоактивных синтетических моющих веществ наибольшее значение имеют: алкилкарбонаты, алкилсульфаты, алкилсульфонаты и алкиларилсульфонаты.

Алкилкарбонатные синтетические моющие вещества представляют хобой натриевые соли высших карбоновых кислот (от и выше) общей формулы т. е. по существу они не отличаются; от обычных мыл.

Алкилсульфаты представляют собой натриевые соли моносульфоэфиров выспиц алифатических спиртов:

Первичные алкилсульфаты получаются из высших алифатических спиртов нормального строения при действии на них серной или хлорсульфоновой кислот или серного ангидрида:

Реакцию ведут непрерывным методом при температуре, зависящей от природы исходных спиртов. Процесс проводят в сульфураторах — аппаратах, изготовленных из кислотоупорной стали и выложенных внутри свинцом, или в эмалированных аппаратах.

Далее полученный сульфоэфир нейтрализуют водным раствором едкого натра при 50-60°С:

Исходные высшие алифатические спирты получают восстановлением высших карбоновых кислот нормального строения (которые в свою очередь получаются при окислении парафина)

Высшие спирты могут быть также получены с помощью оксосинтеза.

Вторичные алкилсульфаты получают действием серной кислоты на олефины, содержащиеся в количестве 60—75% продуктах крекинга парафина.

В результате реакции образуются моно и диалкилсульфаты, а также полимеры олефинов. При дальнейшей обработке при 80 °С этой смеси водным раствором едкого натра кислые моноалкилсульфаты нейтрализуются, образуя соли, а диалкилсульфаты омыляются, причем наряду с солями вторичных моноалкилсульфатов образуются также спирты или олефины:

После удаления непрореагировавших углеводородов и образовавшихся спиртов путем экстрагирования органическим растворителем оставшийся водно-спиртовой раствор вторичных алкилсульфатов упаривают.

Алкилсульфаты представляют собой твердые кристаллические вещества или желатинообразные осадки. Они обладают очень хорошими моющими свойствами, на которые не оказывают влияния жесткость воды и кислотность среды. Алкилсульфаты практически не гидролизуются. Первичные алкилсульфаты обладают наилучшей моющей способностью при наличии 12—14 углеродных атомов в цепи, вторичные — при наличии 8—18 углеродных атомов. Вторичные уступают по своим моющим свойствам первичным.

В Советском. Союзе широкую известность получило синтетическое моющее средство типа алрилсульфатов — порошок «Новость», применяемый для стирки белья в быту и для обработки тонких тканей в производстве.

Алкилсульфонаты — соли жирных сульфокислот общей формулы алкил с 12—20 углеродными атомами). В них атом сёры связан непосредственно с атомом углерода, а не через кислород, как у алкилсульфатов.

Алкилсульфонаты — дешевые моющие вещества, обладающие достаточной устойчивостью к гидролизу и нечувствительные

к жесткости воды. Они получаются действием сернистого ангидрида и хлора (сульфохлорирование) на предельные углеводороды, содержащиеся в керосиновых или масляных фракциях парафинистых нефтей:

Полученные таким путем сульфохлориды затем переводят в алкилсульфонаты:

Сульфохлорировайие осуществляется при 25-30 °С в виде непрерывного процесса, инициируемого ультрафиолетовыми лучами, источником которых служат ртутные лампы, вмонтированные в реактрр. Продукты реакции, состоящие из сульфохлоридов, непрореагировавших углеводородов, хлористых алкилов и др., обрабатывают 50%-ным раствором едкого натра при 80-90 °С, в результате чего получаются натриевые соли сульфокислот. После этого реакционную массу разбавляют метанолом, отделяют выпавший хлористый натрий и непрореагировавшие углеврдороды и упаривают водно-спиртовой слой. В результате получается готовый продукт, содержащий около 70% сульфоната и 30% воды.

Сульфокислоты можно получать обработкой парафиновых углеводородов смесью двуокиси серы и кислорода, применяя в качестве инициатора окисления ультрафиолетовое облучение или в качестве катализатора — уксусный ангидрид:

Алкиларилсульфонаты -соли алкилированных ароматических сульфокислот (стр. 230).

Неионогенные моющие вещества. Общую формулу неионогенных моющих веществ можно представить в следующем виде:

где R - углеводородный радикал, сера, кислород или какая-нибудь группа атомов, например:

Из неионогенных моющих веществ мы рассмотрим наиболее распространенные вещества, которые получаются взаимодействием эпоксидов (стр. 99) с соединениями, содержащими гидроксильную группу (спиртами, фенолами и др.):

В зависимости от числа молекул эиоксида, участвующих в реакции, получаются вещества с различной длиной молекулы и с различными физико-химическими свойствами:

Если, например, олеиловый спирт конденсируется с 6—8 молекулами окиси этилена, то получаются вещества, применяемые для мытья шерсти; при конденсации его с 10—15 молекулами — вещества, используемые в качестве моющих средств для искусственного волокна и хлопка; с 20—30 молекулами окиси этилена получаются вещества, применяемые в качестве эмульгаторов.

Неионогенные моющие вещества сохраняют хорошую моющую способность независимо от кислотности и жесткости воды.

Способы улучшения синтетических моющих средств. Синтетические моющие средства наряду с преимуществами по сравнению с обычными жировыми мылами, о которых мы уже упоминали, имеют весьма существенный недостаток — хорошо снимая загрязнения, они хуже удерживают эти загрязнения в растворе. В результате эти загрязнения в значительной мере оседают на ткань. Однако оказалось, что. если к синтетическим моющим веществам Прибавить натриевую соль карбоксиметил-целлюлозы (стр. 194), этот недостаток устраняется.

Второй особенностью некоторых синтетических мрющих средств является либо недостаточная пенообразовательная способность (например, у неионогенных моющих веществ), либо недостаточная пеноустойчивость. Для устранения этих недостатков к синтетическим моющим веществам добавляют алкилоламиды — продукты конденсации жирных кислот с этаноламинами:

Алкилоламиды добавляются в количестве 1—3% к синтетическим моющим веществам в качестве стабилизаторов пены.

В связи с увеличивающимся с каждым годом производством синтетических моющих средств и ростом их применения в промышленности и в быту чрезвычайно важное значение приобретает проблема биохимической очистки сточных вод от использованных моющих средств, загрязняющих водоемы. В настоящее время ведутся интенсивные работы по созданию синтетических моющих средств, легко разрушающихся при биохимических методах очистки сточных вод.