TENSIDY Ing. Jan Novák, CSc. DETA – výzkumný ústav spotřební chemie Benátky nad Jizerou HYBNOU SILOU PŘI VÝVOJI TENSIDŮ BYLO PRANÍ A BARVENÍ PRÁDLA sejmout0008 sejmout0009 CHEMICKÉ VLASTNOSTI ¡Tensidy jsou sloučeniny s asymetrickou molekulární strukturou. ¡Jejich molekula obsahuje jednu nebo i více skupin rozpustných ve vodě a jednu nebo více skupin rozpustných v nepolárním rozpouštědle ¡(hydrofilní a hydrofobní skupina). RŮZNÉ ZPŮSOBY ZNÁZORŇOVÁNÍ TENSIDOVÉ MOLEKUKY – HYDROFILNÍ A LIPOFILNÍ ČÁST sejmout0009 VÝVOJ PRVNÍCH TYPŮ TENSIDŮ ¡TENSID ¡Mýdlo ¡Sulfatované rostl.oleje ¡Primární alkylsulfáty ¡Sulfáty mastných alkoholů ¡Sulfatované monoglyceridy ¡Alkylpolyglykol etersulfáty ¡Deriváty mastných kyselin ¡Etoxylované mastné alkoholy ¡Sulfojantarany ¡Olefinsulfonany ¡Alkylbenzensulfonan sodný ¡Sec. Alkylsulfáty ¡Cukroestery ¡Chelatační tensidy ¡Sulfatované metylestery M.K. ¡ROK ZAHÁJENÍ VÝROBY ¡Starý Egypt ¡1830 ¡1928 ¡1928 ¡1929 ¡1929 ¡1930 ¡1933 ¡1933 ¡1934 ¡1934 ¡1933-1940 ¡1955 ¡1975 ¡2006 Fyzikálně – chemické vlastnosti tensidů ¡TVORBA SUPRAMOLEKULÁRNÍCH AGREGÁTŮ ¡Micely = solubilizace ¡Kapalné krystaly ¡Mikroemulzní formace ¡Emulsní kapénky ¡ADSORBCE NA FÁZOVÝCH ROZHRANÍCH ¡Plyn – kapalina ¡Plyn – tuhá látka ¡Kapalina – kapalina ¡Tuhá látka – kapalina ¡SNÍŽENÍ POVRCHOVÉHO A MEZIPOVRCHOVÉHO NAPĚTÍ ¡= snížení kontaktních úhlů smáčení ¡ ANIONAKTIVNÍ TENSIDY ¡Anionaktivní tensidy se disociují ve vodě na povrchově aktivní aniont a nereaktivní kationt -Dodecylbenzensulfonan sodný -Alkylsulfonan sodný -Sec. Alkylsulfonan sodný -Alfa-olefinsulfonan sodný -Sulfatovaný mastný alkohol -Sec. Alkylsulfát -Alkylpolyglykoletersulfát sodný -Sulfojantaran -Alkylsulfát ¡Sůl mastných kyselin R-CH2-COO- ¡ ¡ ¡ ¡Parafinsulfonan Alkylsuflát ¡R-CH2-CH2-SO3 R-CH2-O-SO3- ¡ ¡ ¡Alfa-olefin sulfonan Alkylpolyglykoletersulfát ¡R – CH-CH3 R-CH2-O-(CH2-CH2-O)n-SO3 ¡ ¡ SO3- ¡ ¡Dialkylsulfojantaran Alkylfosfát ¡R - OOC – CH - SO3- O ¡ R-CH2-O-P-O- ¡R – OOC – CH2 O ¡ ¡Alkylbenzen sulfonan ¡ ¡R - - SO3- ¡ ¡ ¡ ANIONAKTIVNÍ TENSIDY KATIONAKTIVNÍ TENSIDY sejmout0005 NEIONOGENNÍ TENSIDY sejmout AMPHOTENSIDY sejmout0001 KOKOSPENTAETOXYMETYL AMONIUM METHOSULFÁT ¡ (CH2 - CH2 - O)n – H ¡ ¡R – N+ – CH3 CH3 CO4- ¡ ¡ (CH2 – CH2 – O)m – H n + m = 5 ¡ -Čistící schopnost -Antistatikum -Změkčovadlo -Mísitelnost s anionaktivními tensidy ¡ ¡Použití : -Čistící prostředky, tekuté prací prostředky, vlasová kosmetika, tex.pomocný přípravek - Postupná orientace molekul tensidů do micel sejmout0002 Tvorba cylindrických a laminárních micel sejmout0004 Orientace molekul mýdla na povrchu vodného roztoku sejmout0003 Schématické znázornění převodu pevného pigmentu do suspenze sejmout0006 TYPICKÉ VLASTNOSTI ¡SMÁČIVOST -Dokonalé pokrytí povrchu tělesa kapalinou. Dravesův test ¡ ¡EMULGAČNÍ SCHOPNOST -Nerozpustná kapalná fáze se rozptyluje ve druhé (vnější) fázi nebo v disperzním prostředí ¡ ¡Tvorbu a stabilitu zajišťuje emulgátor, většinou směs tensidu, hydrotropu, ochranného koloidu a vhodná teplota O/V a V/O ¡SUSPENDACE -Rozptylování tuhých částic do kapaliny ¡PEPTIDACE -Doflokulace – dispergace aglomerovaných tuhých částí nebo gelovitých látek. Kritický elektrokinetický potenciál určuje přechod mezi aglomerovaným a dispergovaným systémem ¡ANTIREDEPOZICE -Schopnost zabraňovat zpětnému usazování (resorbci) špíny na pevný povrch z roztoku ¡Antiredepozici zajišťují zejména ¡OCHRANNÉ KOLOIDY ¡– vysokomolekulární látky, které vytvářejí na povrchu hydrofobních částic adsorbční vrstvu zabraňující aglomeraci ¡PĚNIVOST ¡– snížením povrchového napětí na fázovém rozhraní kapalina – vzduch, klesnou energetické nároky na zvětšení povrchu a molekuly tensidu mohou vytvořit pružný film ze dvou orientovaných adsorbčních vrstev. ¡DETERGENCE ¡– schopnost odstraňování nečistoty z nasákavých, nenasákavých povrchů ¡ÚSPĚŠNOST DETERGENCE ZAJIŠŤUJE : ¡ -Smáčivost -Společné působení mechanických i elektrických sil -Emulgační a solubilizační schopnost -Suspendace pigmentových nečistot -Částečné odstraňování nečistot do pěny -Antiredepozice špíny Vliv na organismus ¡toxicity per os, povrchové, vodní ¡oční dráždivost ¡sorbce do povrchu ¡asorbce ¡vliv na jednotlivé vrstvy kůže ¡vliv na membrány krvinek a buněk ¡vliv na hydrolysu bílkovin ¡vliv na hydrolysu hemoglobinu ¡karcerogenní efekt ¡teratogenita HLB RBC NÁROKY NA DOSAŽENÍ KVALITNÍCH VÝROBKŮ VYVOLÁVAJÍ POTŘEBU OPTIMÁLNÍCH TENSIDŮ Z HLEDISKA ¡ ¡ ¡Užitné vlastnosti ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Poměr mezi hydrofilní a lipofilní částí molekuly tensidů ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Vliv na živý organismus ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Rychlost hydrolýzy buněčné membrány a hemoglobinu HLB HYDROFILNĚ - LIPOFILNÍ ROVNOVÁHA TENSIDŮ sejmout0008 Vlastnosti tensidů v závislosti na HLB sejmout0007 PŘÍKLADY HODNOT HLB ČISTÝCH TENSIDŮ ¡TENSID ¡Kyselina olejová ¡Lanolinalkohol ¡Etylenglykoldistearát ¡Acetylmonoglycerid kyseliny stearové ¡Propylenglykolmonostearát ¡Etylenglykolmonostearát ¡Monoglycerid stearové kyseliny ¡Dietylenglykolmonostearát ¡Sorbitanmonostearát ¡Sorbitanmonooleát ¡Monoglycerid kyseliny laurové ¡Oxet.cetylalkohol 2 EO ¡Sorbitanmonopalmitát ¡NN-dimetylstearylamid ¡PEG 400 distearát ¡Oxyet.lanolinalkohol 5 EO ¡Sojový lecitin ¡Oxet.nonylfenol 4 EO ¡Oxet.laurylalkohol 4 EO ¡HLB ¡1 ¡1 ¡1,3 ¡1,5 ¡2,9 ¡3,4 ¡3,8 ¡4,3 ¡4,5 ¡4,7 ¡5,2 ¡5,3 ¡6,3 ¡7 ¡7,2 ¡7,7 ¡8 ¡8,6 ¡9,5 ¡ ¡TENSID ¡Oxet.sorbitanmonooleát 5 EO ¡Oxet.nonylfenol 5 EO ¡Oxet.lanolin 20 EO ¡Oxet.monostearát 400 EO ¡Dodecylbenzensulfonan sodný ¡Oxet.stearylalkohol 10 EO ¡Oxet.cetylalkohol 110 EO ¡Oxet.monolaurát 400 EO ¡Oxet.sorbitanmonooleát 4 EO ¡Oxet.nonylfenol 10 EO ¡Oxet.monostearát 600 EO ¡Oxet.laurylalkohol 12 EO ¡Oxet.sorbitanmonooleát 20 EO ¡Monolaurát sacharozy ¡Oxet.lanolinalkohol 16 EO ¡Oxet.olejalkohol 20 EO ¡Sorbitanmonopalmitát 20 EO ¡Oxet.cetylalkohol 20 EO ¡Oxet.laurylalkohol 23 EO ¡Oxet.nonylfenol 30 EO ¡Stearová kyselina monoester oxet. 50 EO ¡Oleát sodný ¡HLB ¡10,0 ¡10,5 ¡11,0 ¡11,4 ¡11,7 ¡12,3 ¡12,8 ¡13,1 ¡13,3 ¡13,3 ¡13,6 ¡14,5 ¡14,9 ¡15,0 ¡15,0 ¡15,3 ¡15,6 ¡15,7 ¡16,9 ¡17,0 ¡17,9 ¡18,0 HODNOTA HLB PRO EMULGACI O/V sejmout0011 PRINCIP TESTU HEMOLÝZY smíšení roztoku tensidu (0,1% a.l.) s červenými krvinkami ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡rozklad erytrocytů ¡hemoglobin je uvolněn z rozpadlých buněk ¡obarvení okolního prostředí intenzita barevné změny je měřena fotometricky v závislosti na čase ¡hydrolysa hemoglobinu ¡odbarvení roztoku ¡intensita barevné složky je měřena fotometricky sejmout0010 VÝSLEDKY RBC TESTŮ V HODNOTÁCH L/D PRO JEDNOTLIVÉ TENSIDY ¡ Kvocient hemolysy ¡Tensid a denaturace L/D ¡ ¡Velmi dráždivé ¡laurylsíran sodný 0,14 ¡Laurylsírantrietanolaminová sůl 0,18 ¡Kokoisothianát sodný 0,28 ¡Dráždivé ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný 0,4 ¡Laurylsulfojantaran sodný 0,53 ¡Laurylalkoholsulfojantaran sodný 0,8 ¡Mírně dráždivé ¡Diisotridecylsulfojantaran sodný 5,0 ¡Kokosamidopropyl betain 5,0 ¡Kokosamphodiacetátglycin sodný 5,0 ¡Laurylpolyglykoletersulfojantaran sodný 6,0 ¡Laurylalkoholpolyglykoletersulfosukcinát 9,0 ¡Jemně dráždivé ¡kokosamphopropionát sodný 20,0 ¡Laurylalkohol 20,0 ¡Kokosamidopropyldimetylamoniumhydroxypropansulfonát 64,0 ¡ Kvocient hemolysy ¡Tensid a denaturace L/D ¡Nedráždivé ¡Ricinmonoetanolamidsulfojantaran sodný více než 100,0 ¡Laurylmonoetanolamidsulfojantaran sodný více než 100,0 ¡Laurylpolyglykoletercitransulfojantaran sodný více než 100,0 ¡Undecylamidsulfojantaran sodný 120 ¡Stearylamidopropyl betain 130 ¡Monoglyceridpolyglykoleter kokosového tuku 180 ¡Ricinolamidopropyl betain 190 ¡Kokosmonoisopropylamidpolygykoletersulfojantaran sodný 200 ¡Ricinetanolamidsulfojantaran sodný 200 ¡Oxyetylovaný butylglykosidsulfojantaran sodný 200 ¡Sitostearylpolyglykoletersulfojantaran sodný 200 ¡Lauryletanolamidsulfojantaran sodný 200 ¡Ricinetanolamidsulfojantaran sodný 200 ¡Monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje 240 ¡ Kvocient hemolysy ¡Tensid a denaturace L/D ¡ % L/D ¡Dráždivé ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : 90:10 0,5 ¡Monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Kokosamphodiacetátglycin sodný 90:10 0,5 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Kokosamidopropyl betain 90:10 0,6 ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje 80:20 0,7 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Alkylamidopropylbetain 90:10 0,7 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Alkylamidopropylbetain 80:20 0,8 ¡ ¡Mírně dráždivé ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje 60:40 2,0 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Kokosamphodiacetátglycin sodný 40:60 3,0 ¡ Kvocient hemolysy ¡Tensid a denaturace L/D ¡ % L/D ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡alkylamidopropyl betain 60:40 1,0 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Kokosamphodiacetátglycin sodný 60:40 1,2 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Kokosamphodiacetátglycin sodný 10:90 4,0 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Kokosamidopropyl betain 40:60 4,0 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Kokosamidopropyl betain : 18:16:07:02 4,0 ¡Ricinetanolamidsulfojantaran sodný : ¡Monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje ¡ ¡Kokosamidopropyl betain (45%) : ¡Laurylpolyglykoletersulfojantaran sodný : 11:25:05 4,0 ¡Monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Ricinetanolamidsulfojantaran sodný 40:60 4,3 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Alkylamidopropylbetain 40:60 4,5 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Ricinetanolamidsulfojantaran sodný 20:80 6,0 ¡ Kvocient hemolysy ¡Tensid a denaturace L/D ¡ % L/D ¡Jemně dráždivé ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Ricinetanolamidsulfojantaran sodný 10:90 12,0 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Kokosamidopropyl betain 10:90 13,0 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Kokosamidopropyl betain 20:80 20 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje 20:80 40 ¡ ¡Laurylpolyglykoletersíran sodný : ¡Monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje 10:90 90 ¡ Kvocient hemolysy ¡Tensid a denaturace L/D ¡ % L/D ¡Nedráždivé ¡Kokosamidopropyl betain (45%) : ¡Laurylpolyglykoletersulfojantaran sodný : 11:10:15:05 160 ¡Laurylpolyglykoletercitransulfojantaran sodný : ¡monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje ¡ ¡¨Kokosamidopropyl betain (45%) : ¡Laurylpolyglykoletercitransulfojantaran sodný : 11:25:05 200 ¡monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje ¡ ¡Kokosamidopropyl betain (45%) : ¡Laurylpolyglykoletercitransulfojantaran sodný : ¡monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje : ¡alkylamidopropyl betain 11:25:05:03 200 ¡ ¡Laurylpolyglykoletercitransulfojantaran sodný : ¡Monoglyceridpolyglykoleter palmového oleje 50:50 330 Srovnání dráždivosti solí anionaktivních tensidů ¡ ¡ ¡Na+ > MEA > DEA > TEA SROVNÁNÍ DRÁŽDIVOSTI HYDROFILNÍCH ČÁSTÍ TENSIDŮ ¡ ¡sulfonan > síran > etersíran > ¡sulfojantaran > betain > amphodiacetát ¡glycín > polyglykoletersulfojantaran ¡amphodropionát > amidosulfojantaran ¡> glykosid > ¡> amidopolyglykoetersulfojantaran SROVNÁNÍ DRÁŽDIVOSTI HYDROFOBNÍCH ČÁSTÍ TENSIDŮ ¡ ¡Isoalkyl C6-10 > alkyl C6-10 > alkyl C10-14 > ¡polypropylenglykoleter > alkén C14-16 > ¡alkyl C14-20 > alkén C16-20 Obvyklé složení práškových pracích prostředků Anionaktivní tensidy ¡3,0 – 15,0 % hm. ¡ -Snižují mezipovrchové napětí mezi roztokem, špínou a textilem -Adsorbují se na vlákno a desorbují spolu se špínou -Napomáhají emulgaci špíny v pracím roztoku Neionogenní tensidy ¡0,0 – 8,0 % hm. ¡ -Emulgace, zejména mastné špíny Mýdlo ¡3,0 – 6,0 % hm. ¡ -Snižuje pěnivost detergentu Buildry - komplexotvorné látky ¡Zeolity, polyfosfáty, NTA, fosfonáty, polykarboxyláty ¡0,0 – 40,0 % hm. ¡ -Zabraňují usazování minerálních solí na povrchu a ve vláknech (inkrustace) -Aktivace pracího procesu zesílením elektr.statick.náboje na vláknu -Stabilizace pH -Změkčování vody převodem Mg++ a Ca++ solí na rozpustné komplexy -Dispergují špínu Alkalické minerální sole ¡0,0 – 30,0 % hm. ¡ -Zvyšují alkalitu a tím zvyšují prací schopnost -Zlevňují prací prostředky, vzhledem ke své nízké ceně -Obtížně se rozpouštějí a vymáchají z prádla a zvyšují alkalickou reakci (pH) máchacích vod i prádla, zvyšují tak dráždivost pokožky -Při vyšší koncentraci zabraňují rozpustnosti a emulgaci špíny a snižují prací efekt Optické zjasňovací prostředky ¡0,1 – 0,5 % hm. ¡ -Optické bělení -Změna dopadající neviditelné části světelného spektra na bílé světlo odražené od textilu Perboritan sodný ¡0,0 – 30,0 % hm. ¡ -Uvolňuje aktivní kyslík pro bělení, dezinfekci a tím i napomáhá samovypírání prádla -Bez aktivátoru probíhá tento proces při 80°C, hlavně při 90°-100°C Karboxymetyl celuloza ¡0,0 – 2,0 % hm. ¡ -Jako ochranný koloid zabraňuje návratu špíny z roztoku zpět na vypraný textil (antiredepozice) Síran sodný ¡5,0 – 40,0 % hm. ¡ -Zabraňuje hoření práškových detergentů při sušení, napomáhá sypkosti produktu -Zvyšuje sypnou hmotnost -Zlevňuje prací prostředky, jakožto levné plnidlo -Zvyšuje mineralizaci (inkrustaci) tkanin -Při vyšším obsahu snižuje prací schopnost Aktivátor rozkladu perboritanu ¡1,0 – 6,0 % hm. ¡ -Zajišťuje rozklad perboritanu sodného na aktivní kyslík při teplotách od 30°C, -zajišťuje intenzivní dezinfekci a bělící proces ENZYMY ¡0,1 – 2,0 % hm. ¡ ¡PROTEINÁSA – rozkládá bílkoviny na vodorozpustné částice ¡AMYLÁSA – rozkládá škrob a celulosové deriváty na částice rozpustné ve vodě ¡LIPÁSA – štěpí tuky na glycerin a mastné kyseliny ¡CELULÁSA – likviduje odštěpná vlákna z částečně hydrolyzované bavlny a tak obnovuje viditelnost zabarvených vláken Organické komplexony (NTA, EDTA) ¡0,5 – 8,0 % hm. ¡ -Maskují barevné ionty těžkých kovů -Změkčují vodu Kopolymery ¡0,0 – 6,0 % hm. ¡ -Změkčují vodu -Zabraňují redepozici špíny zpět na vlákno -Dispergují špínu -Zhoršují biologickou odbouratelnost detergentů - BUŇKA SUCHÉ PĚNY sejmout0002 5 ÚHELNÍKOVÝ TVAR STĚN Schématické znázornění fázového rozhraní mezi pěnou a kontinuální kapalnou fází ¡Lyofobní disperze vzniká přídavkem energie sejmout0001 Dispersní fáze Gibbsův – Plateaův kanál – konkávní tvar – přináší velké mezifázové napětí Tenký film kontinuální fáze Gibbsův – Plateaův kanál Kapilární jevy Přebytek HELMHOLZOVY povrchové energie PLYN Dispersní prostředí Děkuji za pozornost ¡ ¡ ¡ ¡ Twiggl