Исследование качественных показателей шампуня

1.6 Методы анализа основных ингредиентов моющих средств

 

 

Шампуни характеризуются следующими показателями:

Внешний вид – Однородная прозрачная жидкость или однородная    масса различной консистенции.

Цвет и запах – Свойственные для шампуня данного наименования. 

Водородный показатель (рН) – 5,0-8,5

Пенное число, см3 – не менее 170    

Устойчивость пены (через 5 мин) – 0,7-1,0

Массовая доля влаги и летучих веществ,% – не менее 90

Массовая доля анионоактивных веществ,% – 3-25

В качественном шампуне ПАВ должно быть не менее 10 – 16%, в дешевых шампунях импортного производства содержится 2 – 4% ПАВ и, естественно, такие шампуни с трудом промывают голову. В шампунях отечественного производства содержание ПАВ в жидких – от 5 до 20%, в желеобразных – 5-24%, а в кремообразных 10 – 20%.

Массовая доля спирторастворимых веществ,% – не менее 9,0

Внешний вид, цвет и запах шампуней определяют органолептически. Внешний вид и цвет определяют  при температуре 20 оС просмотром пробы в количестве 30 см3, помещенной в стакан из бесцветного стекла вместимостью 100 см3, диаметром 45 мм. Стакан устанавливают на лист белой бумаги и рассматривают в проходящем или отраженном свете.

Внешний вид и цвет желеобразных шампуней определяют, нанося небольшое количество шампуня на стеклянную пластинку или лист белой бумаги. Запах шампуней определяют органолептически, пронюхивая 10%-ный раствор шампуня, нагретый до температуры 40 – 50 оС [21].

 

 

1.7. Пенообразующая способность моющих средств

 

 

Пена – грубодисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются пузырьки газа, а дисперсной средой – жидкость в виде тонких пленок.

Структура пен определяется в основном соотношением объемов газовой и жидкой фаз, и в зависимости от этого соотношения пены могут иметь сферическую или многогранную (полиэдрическую) форму. Переходная форма ячеек от сферической к многогранной названа Манегольдом ячеистой благодаря сходству со строением пчелиных сот. Ячейки пены принимают форму, близкую к сферической, в том случае, если объем газовой фазы превышает объем жидкости не более чем в 10 – 20 раз. В таких пенах пленки пузырьков имеют относительно большую толщину. Ячейки пен, для которых соотношение объемов газовой и жидкой фаз составляет несколько десятков и даже сотен, разделены очень тонкими жидкими пленками; их ячейки представляют собой многогранники. В процессе старения пен шарообразная форма пузырьков превращается в многогранную [19].

Пенообразующая способность растворов натриевых солей жирных кислот нормального строения повышается с увеличением длины цепи углеводородного радикала. Наибольшей пенообразующей способностью в ряду растворов солей насыщенных жирных кислот обладают водные растворы солей миристиновой кислоты с концентрацией 0,5 г/л (25 – 30оС). Растворы натриевой соли каприновой кислоты не пенятся при концентрации до 1,7 г/л, а растворы солей лауриновой кислоты при этой концентрации дают относительно небольшой объём пены. Растворы стеарата натрия пенятся еще хуже.

Наибольшую пенообразующую способность в ряду солей ненасыщенных кислот имеют растворы олеата. Пенообразующая способность линолеата значительно меньше, а растворы лицинолеата вспениваются очень слабо. Разветвленность молекул солей жирных кислот положительно влияет на пенообразующую способность их растворов. Так, раствор натриевой соли 1,3-диметилтетрадекановой кислоты обладает лучшей вспениваемостью, чем раствор пальмитата натрия.

Пенообразующая способность водных растворов первичных алкилсульфатов (20оС) возрастает с увеличением длины углеводородного радикала, достигая максимального значения для додецилсульфата. У более высокомолекулярных гомологов пенообразующая способность при комнатной температуре ниже из-за меньшей их растворимости в воде. Вторичные алкилсульфаты в этом отношении ведут себя подобно первичным.

Растворы алкилсульфонатов, начиная с С11, обладают высокой пенообразующей способностью при концентрациях около 0,5 г/л. Максимальная пенообразующая способность достигается для гомолога С15, у более высокомолекулярных алкилсульфонатов она ниже. Замечено, что пенообразующая способность растворов ПАВ зависит от расположения в молекуле гидрофильной группы: чем ближе она расположена к середине молекулы, тем пенообразующая способность растворов выше. Присутствие дисульфонатов, образующихся при производстве алкилсульфонатов, вызывает уменьшение пенообразующей способности растворов ПАВ. Пенообразующая способность растворов алкилбензолсульфонатов с алкильной цепью нормального строения повышается от гомолога С4 до соединения, содержащего 14 атомов углерода, а затем снижается.

Увеличение пенообразующей способности рассмотренных соединений с ростом длины цепи углеводородного радикала обусловлено повышением их поверхностной активности вследствие усиления «выталкивания» из воды гидрофобных частей молекул. Однако с увеличением алкильной цепи свыше 14 атомов углерода возрастает роль агрегатирования молекул внутри раствора, что способствует увеличению поверхностного натяжения и уменьшению пенообразующей способности [19].

В области положительных температур вспениваемость анионактивных ПАВ с повышением температуры обычно увеличивается, а затем, пройдя через максимум, начинает снижаться. Для ряда веществ подобная зависимость не соблюдается  даже при температуре, близкой к 100оС, объём образующейся пены остается большим. Так, мыла на основе лауриновой и миристиновой кислот лучше пенятся при температуре до 40оС, а пенообразующая способность пальмитинового и стеаринового мыл достигает максимума при 70 – 80оС. В ряду щелочных солей жирных кислот пенообразование при повышении температуры растет. Такая закономерность соблюдается и для растворов анионных ПАВ типа алкилбензолсульфонатов, алкилсульфонатов [19].

Для оценки свойств пены, а значит, её пригодности для тех или иных целей существует много общих и специальных характеристик. Основные показатели:

• Кратность пены;
• Дисперсность пены;
• Устойчивость во времени.

Классификация пен часто основывается на такой важной характеристике как кратность пены:

 

 

Где Vп- объём пены; Vж - объём жидкости, которая использована для получения пены. Оба объёма легко измерить.

Таким образом, кратность пены показывает, сколько объёмов пены можно получить из одного объёма жидкости. Если кратность пены равна или больше 10, пены называют жидкими, а если кратность пены в пределах 10-1000 – сухими.

Для оценки дисперсности пены используют:

• Средний радиус пузырька – радиус сферы, эквивалентной по объёму пузырьку полиэдрической пены;
• Максимальное расстояние между противолежащими «стенками» пузырька (условный диаметр);
• Удельная поверхность раздела «жидкость – газ».

Наиболее полно дисперсность пен характеризуется распределением пузырьков по размерам, например, по радиусу эквивалентной сферы. Существуют следующие методы определения дисперсности пен.

1. Микрофотографирование пены – метод прямого определения размеров пузырьков. Фотосъёмку ведут в отраженном или проходящем свете при увеличении в 10-100 раз. Пены, в которых размер пузырьков быстро изменяется, предварительно замораживают жидким кислородом или азотом.
2. Определение дисперсности пены по электропроводимости. Измеряют электрическое сопротивление цилиндрического столба однородной пены, заключенного между двумя пористыми пластинками.
3. Определение дисперсности пены путем измерения её удельной поверхности. Удельная поверхность – это площадь поверхности пузырьков в 1см3 или в 1г пеномассы. Её определение основано на измерении различных параметров пены [6].

Время существования пены. Для характеристики пены часто приводят время, которое проходит с момента образования до самопроизвольного разрушения половины объёма пены. Пену так же характеризуют  временем жизни отдельного пузырька газа на поверхности жидкости, из которой он образовался. Однако эта характеристика пены весьма относительна, так как время жизни отдельного пузырька газа может значительно отличаться от времени жизни его в пене [6].

Устойчивость пены – это показатель, характеризующий продолжительность существования всего первоначального объёма пены. Чтобы количественно оценить устойчивость пены, определяют скорость её разрушения. Для устойчивых пен – это время, за которое разрушается 20 % первоначального объёма, для неустойчивых – время, за которое пена разрушается полностью.

Пены, как и другие дисперсные системы, являются термодинамически неустойчивыми системами. Их образование сопровождается увеличением свободной энергии. Избыточная энергия вызывает самопроизвольные процессы, которые ведут к уменьшению дисперсности и разрушению её  как дисперсной системы. Минимальное значение свободной энергии достигается при полном разделении на две сплошные фазы: жидкость и газ. Пленки пены лопаются, потому что площадь (и, следовательно, поверхностная энергия) полученных капель меньше площади первоначальной системы. У пузырька радиусом 1 см и толщиной стенок 0,001 см площадь поверхности равна 25 см2, а капля жидкости, которая образуется при разрушении этого пузырька, имеет площадь всего 0,1 см2. разность энергии так велика, что когда пленка лопается, образовавшаяся капелька летит со скоростью 1000 см/с.

Таким образом, пены обладают только относительной устойчивостью, которая подразделяется только на два вида:

• Кинетическая (седиментационная) устойчивость - способность системы сохранять неизменным во времени распределение частиц дисперсной фазы в объёме системы, т.е. способность системы противостоять силе тяжести;
• Агрегатная устойчивость – способность сохранять неизменными размеры частиц дисперсной фазы (дисперсность) и их индивидуальность.

Устойчивость пены зависит также от кислотности среды и присутствия солей в растворах пенообразователей. В жесткой воде кратность и устойчивость пены невысока, в морской воде она совсем низкая. Для повышения пенообразования в таких водах приходится или увеличивать концентрацию ПАВ (особенно хорошо это видно на примере мыла: белесые хлопья, образуемые мылом в жесткой воде,- это результат «борьбы» мыла с солями жесткости), или вводить в воду умягчители. В качестве таковых используют соду, растворимые соли фосфорной кислоты, растворимое стекло, некоторые органические соединения [16].

Как правило, устойчивость пен из растворов анионоактивных ПАВ выше, чем пен из катионоактивных и неионогенных растворов. При увеличении концентрации пенообразователей стабильность пен повышается. Влияние температуры на устойчивость пен неоднозначно и для различных ПАВ и разных условий существования пены проявляется не одинаково.

Стабильность пены зависит также и от ее дисперсности. Приближенным показателем дисперсности может служить средний диаметр газовых пузырьков в пене. В зависимости от назначения в промышленности получают пены со средним диаметром пузырьков от 0,03 мм до 1,5 – 2 см.

Как правило, чем выше дисперсность пены, т.е. чем меньше размер пузырьков, тем выше ее устойчивость.

Наиболее простой и действенный, а потому и самый распространенный способ повысить жизнеспособность пен – стабилизация пен специальными добавками. Этот метод предусматривает добавление в растворы ПАВ химических веществ – стабилизаторов. Их действие основано на увеличении вязкости растворов и замедлении за счет этого истечения жидкости из пен. Иногда происходит внедрение молекул стабилизатора в «частокол» молекул пенообразователя в пленках пены и связывание их в прочные и устойчивые объединения. Упрочнители пены могут быть растворимыми и нерастворимыми, органическими и минеральными (электролиты).

Все стабилизаторы по принципу упрочняющего действия на пены подразделяются на пять групп:

К первой группе относятся вещества, повышающие вязкость самого пенообразующего раствора, их называют загустителями; такие вещества следует добавлять к раствору пенообразователя в больших концентрациях. Это глицерин, этиленгликоль, метилцеллюлоза. Производные целлюлозы уже при одно-двухпроцентной дозировке увеличивают вязкость раствора и устойчивость пены в десятки раз, а вот глицерин эффективен только при концентрации 15 – 20%.

Вторую группу составляют вещества, вызывающие образование в пленках коллоидов; в результате обезвоживание пленок очень сильно замедляется. Коллоидные стабилизаторы являются более эффективными загустителями, чем вещества первой группы. Во вторую группу добавок входят желатин, клей, крахмал, агар-агар. Эти вещества в количестве 0,2 – 0,3% от массы ПАВ увеличивают вязкость жидкости в пленках более чем в 100 раз, а устойчивость пен возрастает при этом в 2–8 раз. Вещества, полимеризующиеся в объёме пены, относят к третьей группе стабилизаторов. Полимеризация сильно увеличивает прочность пленок; возможен даже их переход в твердое состояние. Это наиболее эффективные стабилизаторы; в одних случаях это полимерные композиции – синтетические смолы, например карбамидные, в других – латексы и т. п.