Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

К.Р. Ланге

ПОВЕРХНОСТНОАКТИВНЫЕ  
ВЕЩЕСТВА

синтез, свойства, анализ, применение

Перевод с английского 

Научный редактор, канд. хим. наук

Л.П. Зайченко

Санкт-Петербург
2016

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

УДК 661.185=20
ББК 35.785Англ.
Л22

 
 
Л22  Поверхностноактивные вещества: синтез, свойства, анализ, применение /  
К.Р. Ланге; под науч. ред. Л.П. Зайченко. — СПб.: Профессия, 2016. — 240 стр., ил.

ISBN 5939130682
ISBN 1569902704 (англ.)

Приведена современная классификация ПАВ и их смесей, рассмотрены технологии промышленного синтеза, свойства, характеристики и методы анализа. Дан обзор 
всех основных областей применения ПАВ, в том числе в бытовых моющих средствах и 
продуктах личной гигиены. Большое внимание отводится промышленному использованию ПАВ. Приведены примеры композиций на их основе, дан перечень производителей исходного сырья. Достоинством издания является также обширная и современная 
библиография.
Книга имеет ярко выраженную практическую направленность и предназначена химикамтехнологам, менеджерам компанийпроизводителей бытовой химии и косметики, предприятий химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленности, 
а также дистрибью торам ПАВ и промышленных моющих средств.

УДК 661.185=20
ББК 35.785Англ.

All right reserved. Carl Hanser Verlag, Munich/FRG.
Authorized translation from the original English language edition published  
by Carl Hanser Verlag, Muhich/FRG

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть  
воспроизведена в какой бы то ни было форме  
без письменного разрешения владельцев авторских прав.

ISBN 5939130682 
 
                  © 1999 by Carl Hanser Verlag, Munich/FRG
ISBN 1569902704 (англ.) 
                 © ЦОП «Профессия», 2016
 
 
© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2016

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Содержание

Предисловие .............................................................................................................................. 11
Предисловие к русскому изданию .................................................................................................12

Глава 1 
 
СИНТЕЗ ПАВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ  .....................................................................................13
1.1 
Введение ............................................................................................................................13
1.2 
Промышленный синтез сырья ..............................................................................................13
1.2.1 
Жирные кислоты .....................................................................................................14
1.2.2 
Жирные амины .......................................................................................................16
1.2.3 
Низкомолекулярные амины ......................................................................................17
1.2.4 
Жирные спирты ......................................................................................................18
1.2.5 
Олефины ................................................................................................................20
1.2.6 
Разветвленные олефины ..........................................................................................22
1.2.7 
Алкилбензолы .........................................................................................................23
1.2.8 
Алкилфенолы ..........................................................................................................25
1.2.9 
Углеводы ................................................................................................................25
1.2.10 Оксиды алкенов ......................................................................................................26
1.2.11 Материалы на основе кремния .................................................................................27
1.3 
Синтез ПАВ .........................................................................................................................29
1.3.1 
Неионогенные ПАВ ..................................................................................................29
1.3.1.1 
Алкоксилаты .............................................................................................29
1.3.1.2 
Алканоламиды ..........................................................................................36
1.3.1.3 
Сложные эфиры жирных кислот и сорбитола ..............................................37
1.3.1.4 
ПАВ на основе сахаров ..............................................................................38
1.3.1.5 
Алкилглюкоамиды.....................................................................................39
1.3.2 
Анионные ПАВ ........................................................................................................39
1.3.2.1 
Соли карбоновых кислот ...........................................................................39
1.3.2.2 
Карбоксилированные этоксилаты ...............................................................40
1.3.2.3 
Алкилбензолсульфонаты ...........................................................................41
1.3.2.4 
Альфаолефинсульфонаты (АОС) ...............................................................44
1.3.2.5 
Алкансульфонаты .....................................................................................47
1.3.2.6 
Алкилнафталинсульфонаты ........................................................................49
1.3.2.7 
Сульфированные сложные эфиры жирных кислот ........................................50
1.3.2.8 
Сульфосукцинаты .....................................................................................52
1.3.2.9 
Сложные эфиры фосфорной кислоты .........................................................54
1.3.2.10 Сульфаты и эфиросульфаты ......................................................................55

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Содержание

1.3.3 
Катионные ПАВ .......................................................................................................56
1.3.3.1 
Четвертичные ПАВ ....................................................................................57
1.3.3.2 
Аминооксиды ...........................................................................................59
1.3.4 
Амфотерные ПАВ ......................................................................................60
1.3.5 
ПАВ на основе кремния ...........................................................................................61
1.3.6 
Фторсодержащие ПАВ .............................................................................................65
1.4 
Заключение  .......................................................................................................................68

Глава 2 
 
ПРИМЕНЕНИЕ ПАВ В БЫТОВЫХ МОЮЩИХ СРЕДСТВАХ  ......................................................69

2.1 
Введение ............................................................................................................................69

2.2 
Бытовые средства для стирки ..............................................................................................70

2.2.1 
Порошковые стиральные средства ...........................................................................71
2.2.1.1 
Стиральные порошки на основе анионных ПАВ, полученные методом  
распылительной сушки .............................................................................72
2.2.1.2 
Стиральные порошки на основе неиногенных ПАВ, полученные методом распылительной сушки ..................................................................................72
2.2.1.3 
Стиральные порошки на основе анионных ПАВ, полученные  
агломерацией ..........................................................................................73
2.2.1.4 
Стиральные порошки на основе неионогенных ПАВ, полученные  
агломерацией ..........................................................................................74
2.2.1.5 
Стиральные порошки с отбеливателем, полученные агломерацией ..............74
2.2.1.6 
Компактстиральные порошки, полученные агломерацией ...........................75
2.2.2 
Жидкие стиральные средства ...................................................................................76
2.2.2.1 
Моющие средства для энергосберегающих стиральных машин  ...................80
2.2.3 
Средства для выведения пятен ................................................................................80
2.2.4 
Мягчители тканей ...................................................................................................81
2.3 
Чистка твердых поверхностей в жилых помещениях, в ванной и на кухне .................................82

2.3.1 
Жидкие чистящие средства ......................................................................................83
2.2.3 
Порошковые чистящие средства ..............................................................................84
2.3.3 
Дезинфицирующие чистящие средства .....................................................................85
2.4 
Средства для мытья посуды .................................................................................................85

2.4.1 
Средства для ручного мытья посуды .........................................................................86
2.4.2 
Средства для мытья посуды в посудомоечных машинах .............................................87
2.4.3 
Ополаскиватели ......................................................................................................89
2.5 
Чистящие средства для ковровых покрытий ..........................................................................89

2.6 
Средства личной гигиены ....................................................................................................91

2.6.1 
Пены для ванн и моющие средства для тела .............................................................91
2.6.2 
Мыла и прочие средства для мытья рук ....................................................................93
2.6.3 
Шампуни для волос .................................................................................................95
2.6.4 
Средства гигиены полости рта .................................................................................98

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Содержание
7

Глава 3 
ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАВ  ............................................................................99
3.1 
Введение ............................................................................................................................99
3.2 
Применение ПАВ в бумажной промышленности .....................................................................99
3.2.1 
Непрерывная очистка бумажной массы войлоком ....................................................100
3.2.2 
Периодическая очистка войлока .............................................................................102
3.2.3 
Смачивание картона ..............................................................................................102
3.2.4 
Мягчители, разрыхлители и антистатики древесной массы и туалетной бумаги .........103
3.2.5 
Пеногасители .......................................................................................................104
3.2.6 
Обесцвечивание макулатуры ..................................................................................105
3.2.7 
Фракционирование волокнистой бумажной массы ...................................................106
3.3 
ПАВ в текстильной промышленности ..................................................................................107
3.4 
Промышленная стирка .......................................................................................................109
3.5 
Техническая чистка твердых поверхностей ..........................................................................110
3.5.1 
Бумажные предприятия .........................................................................................110
3.5.2 
Сталелитейные предприятия ................................................................................. 111
3.5.3 
Очистка металлических гальванопокрытий ..............................................................112
3.5.4 
Другие системы покрытий .....................................................................................113
3.6 
ПАВ как ингибиторы коррозии ............................................................................................113
3.7 
ПАВ в процессах обработки металлов .................................................................................114
3.8 
ПАВ в процессе нефтедобычи вторичным методом ..............................................................116
3.9 
Битумные эмульсии ...........................................................................................................118
3.10 ПАВ в эмульсионной полимеризации ..................................................................................119
3.11 Разрушение эмульсий .......................................................................................................119
3.12 Транспортировка топливных суспензий ...............................................................................120
3.13 ПАВ в процессах флотации ................................................................................................120
3.14 ПАВ в процессе пожаротушения .........................................................................................122
3.15 Отверждение цемента .......................................................................................................122
3.16 ПАВ в пищевой промышленности .......................................................................................122
3.17 Применение ПАВ в сельском хозяйстве ...............................................................................123
3.18 Использование ПАВ в фармакологии ..................................................................................124
3.19 Заключение ......................................................................................................................124

Глава 4 
МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПАВ  ........................................................................................................125
4.1 
Введение ..........................................................................................................................125
4.2 
Анионные ПАВ ...................................................................................................................125
4.3 
Неионогенные ПАВ ............................................................................................................129
4.4 
Катионные ПАВ .................................................................................................................133
4.5 
Амфотерные ПАВ ..............................................................................................................135

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Содержание

Глава 5  
ХАРАКТЕРИСТИКА ПАВ  ..........................................................................................................137

5.1 
Введение ..........................................................................................................................137

5.2 
Классификация ПАВ ..........................................................................................................137

5.2.1. Типы ПАВ ................................................................................................................137
5.2.2 
Заряд ...................................................................................................................138
5.2.2.1 
Анионные ПАВ ........................................................................................139
5.2.2.2 
Катионные ПАВ ......................................................................................139
5.2.2.3 
Цвиттерионные ПАВ ...............................................................................140
5.2.2.4 
Неионогенные ПАВ .................................................................................141
5.2.3 
Физическое состояние ..........................................................................................141
5.2.3.1 
Кристаллические ПАВ .............................................................................141
5.2.3.2 
Полиморфизм ........................................................................................144
5.2.3.3 
Аморфные твердые тела .........................................................................145
5.2.3.4 
Жидкокристаллическое состояние ............................................................146
5.2.3.5 
Жидкие фазы ПАВ ..................................................................................148
5.2.4 
Гидрофильнолипофильный баланс (ГЛБ) ...............................................................148
5.3 
Свойства водных растворов ПАВ ........................................................................................149

5.3.1 
Упаковка водных ассоциатов ..................................................................................149
5.3.2 
Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) ...........................................152
5.3.2.1 
Измерение ККМ  ....................................................................................152
5.3.2.2 
ККМ гомологических рядов .....................................................................155
5.3.2.3 
Влияние солевого эффекта на ккм ...........................................................156
5.3.3 
Растворимость ПАВ ...............................................................................................156
5.3.3.1 
Точка Крафта..........................................................................................157
5.3.3.2 
Точка помутнения ...................................................................................158
5.3.4 
Бинарные диаграммы ............................................................................................159
5.3.4.1 
Кубические фазы ....................................................................................159
5.3.4.2 
Гексагональные фазы .............................................................................159
5.3.4.3 
Ламмелярная фаза .................................................................................160
5.3.4.4 
Губчатые фазы .......................................................................................161
5.3.4.5 
Бинарные фазовые диаграммы неионогенных ПАВ ....................................161
5.4 
Мицеллообразование ........................................................................................................162

5.4.1 
Обычные и обратные мицеллы ...............................................................................162
5.4.2 
Термодинамика мицеллобразования ......................................................................163
5.4.2.1 
Химический потенциал ассоциации ..........................................................164
5.4.2.2 
Эффект формы ассоциатов .....................................................................164
5.4.3 
Структура мицелл .................................................................................................165
5.4.4 
Солюбилизация ....................................................................................................166
5.4.5 
Катализ ................................................................................................................166
5.5 
Адсорбция ПАВ из раствора ...............................................................................................167

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Содержание
9

5.5.1 
Поверхности раздела «воздух–вода» ......................................................................167
5.5.1.1 
Адсорбция Гиббса ..................................................................................167
5.5.1.2 
Изучение пленок ПАВ с помощью весов Лэнгмюра ....................................168
5.5.2 
Поверхности раздела «жидкость–твердое тело» ......................................................169
5.5.2.1 
Изотермы адсорбции Лэгмюра ................................................................169
5.5.2.2 
Изотерма адсорбции Фрумкина ...............................................................171
5.5.2.3 
Состояние адсорбированного ПАВ ...........................................................171
5.5.2.4 
Основные характеристики адсорбции .......................................................173
5.5.2.5 
Исследование мицелл методом высокоэффективной  
атомносиловой микроскопии (АСМ) ........................................................174
5.5.2.6 
Образование дисперсий .........................................................................174
5.5.2.7 
Фотохимические покрытия ......................................................................175
5.5.3 
Поверхности раздела «жидкость–жидкость» ............................................................175
5.5.3.1 
Анализ пленок ПАВ на границе раздела «жидкость–жидкость» ...................175
5.5.3.2 
Изучение процесса адсорбции ПАВ на границе «жидкость–жидкость»  
неразрушающими методами контроля. ....................................................175
5.5.4 
Пленки ЛэнгмюраБлоджет ....................................................................................177
5.6 
Везикулы и бислои ............................................................................................................178
5.6.1 
Роль бислоев в формировании структур .................................................................179
5.6.2 
Тонкие и черные пленки ........................................................................................180
5.6.3 
Липосомы ............................................................................................................180
5.6.4 
Другие везикулы ...................................................................................................181
5.6.4.1 
Термодинамически устойчивые везикулы .................................................181
5.6.5 
Капсулирование ....................................................................................................182
5.6.6 
Микроэмульсии как микрореакторы для проведения реакций ...................................182
5.7 
Микроэмульсии.................................................................................................................183

5.7.1 
Нормальные и обратные микроэмульсии ................................................................183
5.7.2 
Тройные и четвертичные фазовые диаграммы .........................................................183
5.7.2.1 
Тройные системы ...................................................................................184
5.7.2.2 
Четвертичные системы ...........................................................................185
5.7.3 
Изотропные микроструктуры..................................................................................185
5.7.4 
Добыча нефти с применением различных методов интенсификации .........................187
5.7.5 
Микроэмульсионная полимеризация ......................................................................187
5.7.6 
Солюбилизация ....................................................................................................188
5.7.7 
Осаждение неорганических наночастиц ..................................................................188
5.7.7.1 
Коллоиды металлов ................................................................................188
5.7.7.2 
Получение полупроводниковых наночастиц...............................................189
5.7.8 
Транспорт нефти ...................................................................................................190
5.7.8.1 
Электрическая проводимость ..................................................................190
5.7.8.2 
Перенос окислительновосстановительных (редокс) электронов  
в микроэмульсиях ..................................................................................191
5.7.8.3 
Молекулярная самодиффузия в микроэмульсиях ......................................192

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Содержание

5.8 
Эмульсии .........................................................................................................................195
5.8.1 
Прямые и обратные эмульсии ................................................................................195
5.8.2 
Эмульгирование ...................................................................................................195
5.8.3 
Флокуляция ..........................................................................................................196
5.8.4 
Коалесценция ........................................................................................196
5.8.4.1 
Отстаивание (расслаивание) ...................................................................196
5.8.5 
Эмульсионная полимеризация ...............................................................................196
5.8.6 
Химия включения (Compartmentalized Chemistry) ......................................................197
5.8.6.1 
Микроинкапсуляция ................................................................................197
5.8.6.2 
Доставка лекарственных препаратов ........................................................198
5.9 
Библиографические заметки ..............................................................................................200

Глава 6  
СВОЙСТВА СМЕСЕЙ ПАВ  .......................................................................................................201
6.1 
Введение ..........................................................................................................................201
6.2 
Применение смесей ПАВ ...................................................................................................202
6.2.1 
ПАВ в агрохимических составах..............................................................................202
6.2.2 
ПАВ в качестве пеногасителей ...............................................................................203
6.3 
Поведение смесей ПАВ ......................................................................................................204
6.3.1 
Идеальные смеси ПАВ ...........................................................................................204
6.3.2 
Неидеальные смеси ПАВ .......................................................................................205
6.3.3 
Синергизм в смесях ПАВ .......................................................................................207
6.3.4 
Антагонизм в смесях ПАВ ......................................................................................207
6.3.5 
Солюбилизация смешанных мицелл .......................................................................209
6.3.6 
Смеси, содержащие анионные ПАВ ........................................................................210
6.3.7 
Смеси, содержащие катионные ПАВ .......................................................................210
6.3.8 
Смеси фторуглеродных и углеводородных ПАВ .......................................................211
6.4 
Характеристика смесей ПАВ ...............................................................................................213
6.4.1 
Описание неидеальных смешанных мицелл  
с использованием модели псевдофазового разделения ..........................................213
6.4.2 
Гидрофильнолипофильный баланс смешанных ПАВ ................................................217

Литература  ............................................................................................................................219

Использованные сокращения  ..............................................................................................239

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru