Изучение свойств водных растворов препарата ПАВ

Международный конкурс студенческих идей «Шаг в будущее 2015»
Инновационные технологии 21 века
(химия, химическая технология, новые материалы)
Изучение свойств
водных растворов
препарата ПАВ
COMPERLAN KD
Автор проекта:
Научные руководители:
Ивинская Полина
Владимировна
(студентка 5 курса факультета
технология органических веществ)
доцент Эмелло Г.Г.
(кафедра Ф и КХ)
доцент Бондаренко Ж.В.
(кафедра ХПД)
Актуальность работы
При производстве гигиенических моющих средств в
Республике Беларусь используют как правило не
индивидуальные поверхностно-активные вещества, а их
смеси - препараты ПАВ.
Свойства
препаратов
ПАВ
импортного
и
отечественного производства исследованы не достаточно.
Глубокое
изучение
свойств
препаратов
ПАВ
представляет практический и научный интерес, поскольку
позволяет обоснованно подходить к выбору их расходов
при составлении композиций различных косметических
продуктов.
Цель работы
Изучение поверхностно-активных и
коллоидно-химических свойств водных
растворов препарата ПАВ COMPERLAN
KD, его способности к пенообразованию,
свойств полученных пен и кинетики их
устойчивости.
Характеристика препарата
Препарат Comperlan KD (диэтаноламиды
жирных
кислот
кокосового
масла)
представляет собой смесь неионогенных
поверхностно-активных веществ с общей
формулой CnH2n+1C(O)N(CH2CH2OH)2,
где n = 7–17 (преимущественно 11).
Его используют в составе гигиенических
моющих средств.
Поверхностно-активные свойства
М1
М2
Сталагмометрическую трубку заполняют исследуемой
жидкостью выше верхней метки и измеряют число капель
n, вытекающих из объема от метки М1 до метки М2.
В основе метода лежит положение, что вес капли,
медленно отрывающейся под действием силы тяжести от
кончика сталагмометрической трубки, будет тем больше,
чем больше поверхностное натяжение жидкости на
границе с воздухом.
Формула для расчета поверхностного натяжения на
границе «раствор препарата – воздух»:
 ж  газ   ст.
  nст.
n   ст.
σст.- поверхностное натяжение на границе “вода – воздух” (справочн.);
 и ст – плотность исследуемого раствора и воды соответственно;
n и nст – число капель при вытекании раствора и воды соответственно.
Поверхностно-активные свойства
Изотермы поверхностного
натяжения (1) и адсорбции (2) в
области концентраций 0,025–0,60 г/л
Изотерма поверхностного
натяжения в области концентраций
0,01–10,0 г/л
Поверхностно-активные характеристики препарата
g, (Дж∙л/м2∙г)
0,356
Поверхностная активность препарата
a∞∙106, моль/м2
5,26
Предельная адсорбция по Ленгмюру
S0∙1020, м2
31,5
Площадь, занимаемая одной молекулой
ПАВ в насыщенном поверхностном слое
раствора
A, г/л
0,036
Константа уравнения Шишковского,
зависящая от длины цепи
углеводородного радикала молекулы
ПАВ
B, Дж/м2
0,0129
Константа уравнения Шишковского,
которая определяется природой
полярной части молекулы ПАВ
Коллоидно-химические
свойства
Условия эксперимента: прибор – фотометр КФК-3-01;
Т=21°С
Ширина кювет – 5 и 1см
Длина волны падающего света, нм:
1 – 390, 2 – 440, 3 – 480, 4 – 540.
Критическая концентрация
мицелообразования – 0,4 г/л.
Зависимость мутности от концентрации
раствора препарата
Средние радиусы мицелл
составили 14 - 35 нм.
Изучение способности препарата
COMPERLAN KD к пенообразованию
Установка для получения пены
Пенное
число – это
высота столба пены Н0
(мм), измеренная через
30 с от момента ее
образования.
Кратность пены – это
отношение объема пены
Vп к объему жидкости,
которая пошла на ее
образование Vж.
Рисунок - Прибора Росс – Майлса
Изучение
способности
препарата
COMPERLAN KD к пенообразованию
Зависимость пенного числа (1) и
устойчивости пен (2) от концентрации
раствора ПАВ
Кратность пены – это
отношение объема пены
Vп к объему жидкости,
которая пошла на ее
образование Vж.
Зависимость кратности (1) и
плотности (2) пен от концентрации
раствора ПАВ
Зависимость высоты столба пены от времени
Кинетика разрушения пен
Истинная скорость
разрушения пены –
уменьшении высоты
столба пены во
времени (dHпены/dτ).
Зависимость скорости разрушения
пен от концентрации водного
раствора ПАВ
Синерезис пен
Синерезис пен –
разрушение пен
в
результате
истечения
жидкости.
Кинетика синерезиса пен при концентрации ПАВ,
г/л: 1 – 0,001–1,00; 2 – 2,0; 3 – 8,0; 4 – 10,0; 5 – 20,0
Анализ полученных
результатов
• Препарат COMPERLAN KD обладает значительными поверхностно-активными
свойствами на уровне других неионогенных ПАВ, но ниже, чем у
ионогенных.
• Препарат COMPERLAN KD является коллоидным, то есть в водных растворах
способен к агрегации молекул. Рассчитаны средние размеры мицелл в
коллоидных растворах препарата. Определена критическая концентрация
мицеллообразования.
• Пенообразующая способность препарата COMPERLAN KD является низкой.
По показателю пенное число, предъявляемому по ГОСТ 22567.1-77к
шампуням (100 мм), удовлетворяют растворы с концентрацией 10–20 г/л.
Значение пенного числа, равное 140 мм (необходимое для гелей для душа)
не было достигнуто в области концентраций 0,01–20,00 г/л.
• Пены, образованные из растворов препарата COMPERLAN KD с
концентрациями 0,1 г/л и выше, по устойчивости соответствуют
требованиям, предъявляемым как к шампуням, так и к гелям для душа
(более 80%) и удовлетворяют стандартам по кратности и плотности.
• Самопроизвольное разрушение пен незначительно и осуществляется в
течение 1,5-2,5 мин с момента их образования. Потеря устойчивости пен в
области концентраций 0,001-1,00 г/л не связано с истечением жидкости из
них. При более высоких концентрациях имеет место синерезис.
Выводы
Препарат COMPERLAN KD не имеет смысла использовать в
составе гигиенического моющего средства без со-ПАВ
(анионного).
Являясь неионогенным препаратом, он не может в полной
мере выполнить функцию пенообразователя. Но при этом он
хорошо стабилизирует пены (функция стабилизатора).
Основываясь на том, что хотя неионогенные ПАВ обладают
лишь средней пенообразующей способностью, некоторые из них
пригодны для использования в качестве веществ, усиливающих
вспениваемость; они являются лучшими солюбилизаторами, а
также позитивна частичная замена токсичных анионных ПАВ на
неионогенные.
Поэтому были проведены исследования пенообразования в
системах «вода-COMPERLAN KD-GENAPOL LRO(анионный ПАВ)»
Зависимость пенного число и устойчивости пен,
полученных из водных растворов смеси ПАВ
Соотношение препаратов ПАВ COMPERLAN KD : GENAPOL LRO = 1:4.
Концентрация растворов смеси препаратов:
0,05; 0,25; 0,50; 2,50; 10,00 и 15,00 г/л
Заключение
• Установлено, что неионогенный препарат ПАВ COMPERLAN
KD целесообразно применять в композициях для получения
гигиенических моющих средств совместно с анионным
препаратом ПАВ GENAPOL LRO.
• При замене части (20%) анионного ПАВ на неионогенный в
растворах смеси с концентрациями 0,25-15,00 г/л
наблюдается усиление пенообразующего эффекта анионного
препарата (пенное число возрастает в среднем на 20-25 мм).
• Определено, что при совместном использовании
анионоактивного препарата GENAPOL LRO и неионогенного
препарата COMPERLAN KD при соотношении 4:1 можно
получить гигиенические пеномоющие средства,
удовлетворяющие требованиям ГОСТ 22567.1-77 для
шампуней при концентрации раствора смеси более 0,1 г/л, а
для гелей для душа – при концентрации раствора более 0,2
г/л.
Спасибо за внимание!