Поверхностно-активные вещества свойства и применение

 

Техническая чистка твердых поверхностей

 

Бумажные предприятия

При переработке древесины  в бумагу около половины древесины  используется в виде полезных волокон. Остаток также дает некоторые  полезные продукты (талловое масло и скипидар), но большая часть его сжигается для получения энергии. Все это приводит к появлению загрязнений.

Для хранения древесной  массы, ее отбеливания, окисления лингина и других процессов используются огромные резервуары. Обычно их очищают щелочными растворами с ПАВ. Применяемые здесь ПАВ должны быть устойчивы к действию щелочей. Зачастую в составы, поставляемые на предприятия для этих целей, входит алкилдифенилоксиддисульфонат. Комбинат может использовать щелочь, а также ЛАБС — это не дорогой, но эффективный способ. Если необходимо избежать пенообразования, то применяют сложные эфиры фосфорной кислоты.

Большая часть выпускаемой  на сегодняшний день бумаги производится с применением щелочи и использованием кальций карбоната в качестве наполнителя, а значит, оборудование должно подвергаться кислотной очистке. Под оборудованием понимаются как емкости, так и линии, используемые в процессе изготовления бумаги, в том числе для храпения вторично используемого сырья. Здесь для промывки оборудования применяются сложные эфиры фосфорной кислоты и ЛАБС. Если используется HCl, то обязательно с хорошими пенообразователями для формирования барьерного слоя пены.

Целлюлозные покрытия могут  быть весьма разнообразны: от крахмала до решеток полимеров. Крахмал лучше всего смывается сильно - щелочными соединениями, а для полимеров может потребоваться использование растворителей, выбор которых будет определяться степенью отверждения полимера, либо степенью его сшивки. Подобные рекомендации должны быть предоставлены производителем полимеров.

 

Сталелитейные предприятия

При переработке металлов образуются загрязнения, которые необходимо удалять. Первым критерием при выборе чистящего средства для металлических поверхностей является отсутствие вероятности коррозии металла. Это должно было бы приводить к исключению кислотных очистителей, но в высоких концентрациях они все же используются. При пиккелинге кислотой удаляют вторичную окалину и ржавчину, оставляя чистую и пассивную поверхность, устойчивую к дальнейшей коррозии. Пиккелинг не содержит ПАВ, кроме случаев использования пиккелинг-ингибиторов. Амины, как и карбоновые кислоты, адсорбируются на стали полярными группами к поверхности и гидрофобными частями молекул наружу. Таким образом, образуется гидрофобная пленка, которая предотвращает дальнейшее разъедание поверхности. Другим важнейшим процессом очистки является удаление химикатов, которые используются при обработке металлов (смазочные масла, компоненты, выделяющиеся при литье, и смазки, используемые при прокате). Смазочные масла — это углеводородные масла, жиры и прочие сложные эфиры. В составы для обработки металлов часто добавляют эмульгаторы, способствующие образованию эмульсий при разбавлении их водой.

По завершению процесса прокатки лубриканты удаляются соответствующим щелочным очищающим раствором, содержащим следующие компоненты:

• сильную щелочь, обычно NaOH;
• структурообразователь, например, натрий силикат и/или натрий фосфат;
• ПАВ, чаще мыла, которые также выступают как ингибиторы коррозии. /1/

ПАВ как ингибиторы коррозии

 

Коррозия, как ее принято  понимать, возникает в результате воздействия на металлсодержащие поверхности кислорода, влаги и солей. Стекло подвергается коррозии под действием фторидов и щелочей, а пластики корродируют под действием растворителей.

Структуры ПАВ, которые  выступают в роли ингибиторов, обычно длинноцепные амины или карбоновые кислоты. Функциональные группы ПАВ, адсорбируясь на противоположно заряженной поверхности, способствуют развороту углеводородных радикалов наружу, таким образом, обеспечивая наличие гидрофобной поверхности с коррозионно - активной атмосфере. Обычно длины углеводородной цепи достаточно для исключения возможности растворения молекулы ПАВ в воде и для осуществления покрытия поверхности. Зона покрытия также зависит от вида адсорбции. Это может быть монослойная адсорбция при низких концентрациях, либо мицеллярная или гемимицеллярная при высоких концентрациях. Следовательно, зона покрытия может носить и фрагментарный характер.

Еще один аспект ингибирования  коррозии, часто упускаемый из-за интереса только к самим металлам, это адсорбция на корродированной поверхности, то есть на оксидном слое. Оксид железа имеет положительно заряженную поверхность, и на ней могут адсорбироваться отрицательно заряженные ингибиторы, предотвращая дальнейшую коррозию. В данном случае в качестве ингибиторов можно использовать карбоновые кислоты. /1/

 

ПАВ в процессе нефтедобычи  вторичным методом

 

В последнее время нефтедобывающая  промышленность все больше переходит  в зависимость от уже существующих месторождений. Постоянная потребность в нефти и желание большинства государств быть не зависимыми от ее импорта, приводят к разработке методов, направленных на извлечения максимально возможных количеств сырой нефти из уже разработанных источников.

Среди физических методов, используемых в этих целях, следует  отметить:

• технологию заводнения скважины раствором ПАВ с помощью которого создается давление в добывающей скважине;
• метод подземных пожаров, также направленный на повышение давления, и кроме того, приводящий к снижению вязкости добываемой нефти;
• усовершенствованные сейсмические методы определения потенциальных отложений нефти в уже разработанных месторождениях

Химические методы, направленные на увеличение объемов добычи нефти, как правило, связаны с использованием ПАВ. По одной из существующих технологий ПАВ посредством эмульгирования способствует высвобождению нефти из пластов различных пород. По другой — ПАВ могут преимущественно смачивать породу, высвобождая, таким образом имеющуюся там нефть. Также работает и следующий способ, известный как детергентный. На практике все эти механизмы имеют право на существование. Па рис. 12 приведена схема заполнения скважины водным раствором ПАВ который приводит как к увеличению давления, так и к вытесняющему нефть воздействию ПАВ.

 Так как в случае вторичных методов добычи нефти нельзя надеяться на увеличение производства более чем па 5-10%, в основном применяют анионные IIAB а именно недорогой лигносульфонат. Лигиосульфонаты, получаемые в процессе сульфирования, предпочтительнее крафт-продуктов.

 

Рис 12 Нефтяное месторождение с системой водного раствора ПАВ   /1/

 

 

Битумные эмульсии

 

Для асфальтового покрытия дорог или при кровельных работах  обычно используется битум (расплавленный или в виде эмульсии). Применяются и нагретые эмульсии. Обычно битум смешивается с раздробленным минеральным наполнителем и присадками, которые обеспечивают долговечность покрытия. Преимущество битумных эмульсий состоит в упрощенном способе их применения и в меньшей стоимости, кроме того, упрощается используемое оборудование и зачастую удается избежать нагрева. Для приготовления битумных эмульсий, как правило, применяют катионные ПАВ, а именно амидоамины и имидазолины, так как они позволяют получать эмульсии битума в воде, обеспечивают хорошую смачиваемость и адгезию битума к минеральному наполнителю, что создает условия для увеличения долговечности дорог.

Битумные эмульсии применяются  повсеместно, однако существует определенная опасность — избыточное количество эмульгатора может привести к проблемам на дорогах, когда при жаркой и влажной погоде излишек ПАВ выделяется и становится причиной скользких дорог.

Дорожное покрытие асфальтом  проводят по одной из трех существующих технологий:

• нагретый битум смешивается с минеральным наполнителем;
• разжиженный битум (например, разбавленный нефтяным дистиллятом) смешивается с наполнителем;
• эмульсия битума смешивается с наполнителем.

Использование эмульсий обладает рядом преимуществ: смесь может  быть приготовлена прямо на месте производимых работ и часто без нагревания. /1/

 

 

Разрушение эмульсий

 

ПАВ необходимы для формирования эмульсий, но они могут быть использованы и для их разрушения. В большинстве  случаев разрушение эмульсий проводят недорогими неорганическими кислотами и основаниями. Так, всем хорошо известно «кислотное разложение», при котором снижение pH дестабилизирует щелочную эмульсию. Это эффективно используется при обработке металлов для разложения отработанных смазочно-охлаждающих средств.

В процессах добычи нефти  тоже существуют проблемы с эмульсиями. Нефть, выкачиваемая на поверхность, содержит соленую воду, и в зависимости от состава представляет собой эмульсию воды в нефти или наоборот. Часто в качестве стабилизаторов таких эмульсий выступают анионные ПАВ добавляемые в буровые растворы. Когда не действует обычное кислотное разложение, применяют повышенные температуры. Если эмульсия стабильна, используют деэмульгаторы, которые представляют собой композиции ПАВ (например, аминов, амидоаминов и имидазолинов), добавляя их в подогреваемые «отстойники» на месторождениях. /1/

 

 

Использование ПАВ в  фармакологии

 

Как фармакологические  вспомогательные средства ПАВ применяются  главным образом благодаря своим очищающим и эмульгирующим свойствам. Многие области их применения связаны с обработкой кожи — в данном случае смачивающие агенты способствуют улучшению контакта лекарственного препарата с кожей. Некоторые катионные ПАВ известны благодаря своим бактерицидным свойствам и использованию в качестве вспомогательных фармацевтических средств. Примером может служить Lapunum Chloride, являющийся замещенным четвертичным пиридппиевым соединением. /1/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 Все ПАВ  содержат в молекулах группы  атомов, резко различающихся по  своим свойствам. Углеводородные  или фторуглеводородные группы обладают сродством к неполярным жидкостям, собирательно называемым «масла», и антагоничны по отношению к воде. Поэтому такие группы называют гидрофобными. С другой стороны, молекулы ПАВ обязательно содержат группы, обеспечивающие их взаимодействие с молекулами воды и растворимость в ней. Такие группы называют гидрофильными.

 Благодаря своим свойствам чистящим, моющим, эмульгирующим и другим, ПАВ применяются во многих отраслях промышленности. Моющие средства, косметические, фармацевтические препараты и т.д.  В строительстве ПАВ, в качестве пластификаторов, добавляют в бетон, в металлургии используют в виде эмульсий для смазки, в бумажно-целлюлозной промышленности  для разделения чернил и целлюлозы при переработке вторсырья.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  используемой литературы:

 

 

1. Ланге К. Р. «ПАВ синтез, свойства, анализ, применение», 2007 г.
2. Абрамзон А. А. «Поверхностно-активные вещества справочник», 1979 г.
3. Волков В. А. « ПАВ синтез и свойства»,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

					Д 250.101.00.014.0000.ПЗ
Изм.	Лист	№ документа	Подпись	Дата
Разраб.		Жалсабон Е. Б			ПАВ и их применение	Литера			Лист	Листов
Проверил		Чебунина Е.И.
Н. контроль						ВСГУТУ гр.270
Утвердил

 

					Д 250.101.00.014.0000.ПЗ	Лист
Изм.	Лист	№ документа	Подпись	Дата