Surfaktanty. Budowa, właściwości, zastosowania

Surfaktanty są bardzo liczną grupą substancji zarówno pochodzenia naturalnego, jak i otrzymywanych na drodze syntezy chemicznej. Znaczne zainteresowanie tymi związkami wynika z ich dużej aktywności powierzchniowej, którą wykazują nie tylko na granicy faz roztwór surfaktantów – gaz (np. powietrze), ale również na granicach dwóch faz skondensowanych: roztwór surfaktantów – ciecz oraz roztwór surfaktantów – ciało stałe. Dlatego związki te znalazły praktyczne wielorakie zastosowania w różnych procesach technologicznych oraz w licznych wyrobach rynkowych. Ma to bezpośredni wpływ na osiągnięcie dobrych efektów ekonomicznych przez firmy, które stosują surfaktanty. W monografii omówiono budowę, właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne oraz liczne zastosowania różnych grup surfaktantów, szczególny nacisk kładąc na ekologiczne aspekty ich stosowania. Przedstawiono także zagadnienia stabilności hydrolitycznej i termicznej, metody wykrywania obecności i oznaczania zawartości surfaktantów w próbkach oraz pozostałości tych substancji w środowisku naturalnym, omówiono procesy degradacji chemicznej i biologicznej tych związków. Zaprezentowano liczne korelacje pomiędzy budową surfaktantów oraz ich właściwościami użytkowymi. Ponadto pokazano wiele metod prognozowania właściwości użytkowych surfaktantów. Książka jest adresowana zarówno do studentów i nauczycieli akademickich kierunków: chemia, technologia i towaroznawstwo środków powierzchniowo czynnych, kosmetyków oraz wyrobów chemii gospodarczej, jak również do pracowników przemysłu, projektantów oraz konsultantów, zainteresowanych zastosowaniami surfaktantów w nowych produktach i procesach technologicznych.

WSTĘP 1. Rozdział BUDOWA I KLASYFIKACJA SURFAKTANTÓW 1. Budowa surfaktantów 2. Kryteria klasyfikacji surfaktantów 2.1. Klasyfikacja według właściwości części polarnej cząsteczki 2.2. Klasyfikacja według budowy chemicznej cząsteczki 2.3. Klasyfikacja według liczby elementów strukturalnych cząsteczki 2.4. Klasyfikacja według zachowania się cząsteczek w kontakcie z wodą 2.5. Klasyfikacja według źródła surowców 2.6. Klasyfikacja według oddziaływania na środowisko 2.7. Klasyfikacja według właściwości użytkowych 2.8. Inne klasyfikacje surfaktantów 3. Surfaktanty anionowe 3.1. Klasyczne surfaktanty anionowe 3.2. Geminalne surfaktanty anionowe 3.3. Anionowe surfaktanty wytwarzane z estrów metylowych kwasów tłuszczowych 3.4. Proekologiczne tendencje w grupie surfaktantów anionowych 3.5. Ogólna charakterystyka surfaktantów anionowych 4. Surfaktanty kationowe 4.1. Klasyczne surfaktanty kationowe 4.2. Geminalne surfaktanty kationowe 4.3. Proekologiczne tendencje w grupie surfaktantów kationowych 4.4. Ogólna charakterystyka surfaktantów kationowych 5. Surfaktanty amfoteryczne 5.1. Syntetyczne surfaktanty amfoteryczne 5.2. Niektóre naturalne surfaktanty amfoteryczne 5.3. Ogólna charakterystyka surfaktantów amfoterycznych 6. Surfaktanty mezojonowe 6.1. Budowa surfaktantów mezojonowych 6.2. Przykłady surfaktantów mezojonowych 6.3. Ogólna charakterystyka surfaktantów mezojonowych 7. Surfaktanty katanionowe 7.1. Budowa surfaktantów katanionowych 7.2. Klasyczne surfaktanty katanionowe 7.3. Ogólna charakterystyka surfaktantów katanionowych 8. Surfaktanty niejonowe 8.1. Surfaktanty niejonowe pochodzenia naturalnego 8.2. Produkty kondensacji polioli ze związkami hydrofobowymi 8.3. Produkty polioksyalkilenowania różnych związków 8.4. Związki o strukturze kopolimerów blokowych tlenków alkenów 8.5. Proekologiczne tendencje w grupie surfaktantów niejonowych 8.6. Ogólna charakterystyka surfaktantów niejonowych 9. Nietypowe rodzaje surfaktantów 9.1. Polimeryzowalne surfaktanty 9.2. Surfaktanty w wieloma grupami polarnymi 9.3. Surfaktanty pseudogeminalne 10. Surfaktanty z łańcuchem niewęglowodorowym 10.1. Fluorowane surfaktanty 10.2. Surfaktanty silikonowe Literatura 2. Rozdział WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE WODNYCH ROZTWORÓW SURFAKTANTÓW 1. Pojęcie struktury wody w stanie ciekłym 2. Rozpuszczalność surfaktantów w wodzie 2.1. Oddziaływania międzycząsteczkowe w roztworach 2.2. Oddziaływania hydrofobowe 3. Równowagi fazowe w wodnych roztworach surfaktantów 3.1. Temperatura Kraffta 3.2. Niektóre formy występowania surfaktantów w roztworach 3.3. Wykresy fazowe dla wodnych roztworów surfaktantów 4. Wybrane właściwości fizyczne wodnych roztworów surfaktantów 4.1. Gęstość roztworów surfaktantów 4.2. Ściśliwość roztworów surfaktantów 4.3. Rozszerzalność termiczna surfaktantów w roztworze 4.4. Przewodnictwo elektryczne roztworów surfaktantów 4.5. Właściwości magnetyczne roztworów surfaktantów 4.6. Lepkość roztworów surfaktantów 4.7. Współczynnik dyfuzji roztworów surfaktantów Literatura 3. Rozdział ASOCJACJA MICELARNA W WODNYCH ROZTWORACH SURFAKTANTÓW 1. Rodzaje mas cząsteczkowych asocjatów micelarnych 2. Micele kuliste 2.1. Czynniki określające wartość CMC 2.2. Asocjacja micelarna w wodnych roztworach surfaktantów w ujęciu termodynamicznym 2.3. Asocjacja micelarna w wodnych roztworach surfaktantów w ujęciu kinetycznym 3. Micele niesferyczne 3.1. Czynniki określające kształt i wielkość micel 3.2. Micele cylindryczne 3.3. Micele usieciowane 3.4. Agregaty warstwowe 4. Zjawiska mętnienia w wodnych roztworach niejonowych surfaktantów 4.1. Oddziaływania: surfaktant – rozpuszczalnik 4.2. Oddziaływania: surfaktant – substancja obca 5. Model wodnych roztworów surfaktantów 5.1. Założenia modelu 5.2. Przewidywania modelu Literatura 4. Rozdział Właściwości wodnych roztworów surfaktantów na granicach faz: roztwór – gaz 1. Napięcie powierzchniowe na granicy faz: ciecz – gaz 1.1. Napięcie powierzchniowe wody 1.2. Napięcie powierzchniowe wodnych roztworów elektrolitów 2. Właściwości powierzchniowe roztworów surfaktantów 2.1. Reguła Traubego 2.2. Modele adsorpcji surfaktantów na granicy faz: roztwór – gaz 2.3. Czynniki określające napięcie powierzchniowe wodnych roztworów sur­faktantów 2.4. Nasycone warstwy adsorpcyjne na granicy faz: wodny roztwór sur­faktantu – powietrze 3. Właściwości pianotwórcze roztworów surfaktantów 3.1. Pojęcie piany 3.2. Zdolność pianotwórcza 3.3. Trwałość piany 3.4. Elastyczność pian 3.5. Destabilizacja piany 3.6. Wskaźniki trwałości piany 3.7. Empiryczne reguły dotyczące właściwości pianotwórczych wodnych roztworów surfaktantów Literatura 5. Rozdział WŁAŚCIWOŚCI SURFAKTANTÓW W UKŁADACH MIKROHETEROGENICZNYCH 1. Rola surfaktantów w kształtowaniu konsystencji wyrobów 2. Adsorpcja surfaktantów na granicy faz: ciecz – ciecz 2.1. Izoterma adsorpcji surfaktantów na granicy faz: ciecz – ciecz 2.2. Zjawisko Marangoniego 3. Emulsje 3.1. Definicja i podział emulsji 3.2. Metody wytwarzania emulsji 3.3. Współczynnik SAD emulsji 3.4. Wybrane właściwości emulsji 3.5. Stabilność emulsji i procesy rozkładu emulsji prostych 3.6. Metody zmieniające stabilność emulsji 3.7. Metody przeciwdziałania tworzeniu się emulsji 3.8. Wybrane metody badania emulsji 3.9. Cechy dobrego emulgatora 4. Mikroemulsje 4.1. Pojęcie mikroemulsji 4.2. Podział mikroemulsji według Winsora 4.3. Model CIT mikroemulsji 4.4. Równowaga fazowa w układach mikroemulsyjnych 4.5. Czynniki wpływające na przemiany fazowe mikroemulsji 5. Nanoemulsje 5.1. Pojęcie nanoemulsji 5.2. Metody wytwarzania nanoemulsji 5.3. Porównanie właściwości mikroemulsji, nanoemulsji i makroemulsji 6. Właściwości solubilizujące 6.1. Rodzaje procesów solubilizacyjnych 6.2. Mechanizm solubilizacji micelarnej 6.3. Zastosowania zjawiska solubilizacji Literatura 6. Rozdział WŁAŚCIWOŚCI WODNYCH ROZTWORÓW SURFAKTANTÓW NA GRANICY FAZ: ROZTWÓR – CIAŁO STAŁE 1. Właściwości zwilżające 1.1. Klasyfikacja procesów zwilżania 1.2. Energetyczne aspekty zjawiska zwilżania 1.3. Rola surfaktantów w zwilżaniu powierzchni ciał stałych 1.4. Wybrane metody pomiaru właściwości zwilżających 1.5. Zwilżalność a struktura surfaktantów 2. Adsorpcja na granicy faz: roztwór – ciało stałe 2.1. Podwójna warstwa elektryczna na granicy faz: ciało stałe – wodny roztwór surfaktantu 2.2. Warstwy adsorpcyjne Langmuira-Blodgetta 2.3. Warstwy adsorpcyjne Langmuira-Schaeffera 3. Surfaktanty a stabilność zawiesin 4. Asocjacja surfaktantów na powierzchniach ciał stałych 4.1. Asocjacja na powierzchniach niepolarnych 4.2. Asocjacja na powierzchniach polarnych 4.3. Ochrona przed korozją 5. Właściwości piorące 5.1. Zdolność piorąca 5.2. Mechanizm prania 6. Właściwości antyelektrostatyczne surfaktantów 7. Właściwości zmiękczające surfaktantów 7.1. Metody oceny efektu zmiększającego 7.2. Wpływ budowy surfaktantu na właściwości zmiękczające 8. Inne przykłady wykorzystania zjawiska adsorpcji surfaktantów 8.1. Właściwości przeciwzbrylające 8.2. Właściwości przeciwzatarciowe 8.3. Rozdrabnianie ciał stałych 8.4. Flotacja minerałów 8.5. Hydrofobizacja powierzchni 8.6. Eksploatacja złóż ropy naftowej 8.7. Wiązanie asfaltu z kruszywem Literatura 7. Rozdział WŁAŚCIWOŚCI BIOLOGICZNE SURFAKTANTÓW 1. Mechanizm solubilizacji błon biologicznych w wodnych roztworach surfaktantów 2. Aktywność biostatyczna surfaktantów 2.1. Aktywność bakteriostatyczna 2.2. Aktywność drożdżostatyczna 2.3. Aktywność grzybostatyczna 2.4. Aktywność algostatyczna 3. Aktywność biobójcza surfaktantów 3.1. Aktywność bakteriobójcza 3.2. Aktywność grzybobójcza 3.3. Aktywność algobójcza 3.4. Aktywność wirusobójcza 3.5. Aktywność biobójcza surfaktantów a oporność mikroorganizmów 4. Toksyczność surfaktantów 4.1. Toksyczność w stosunku do roślin uprawnych 4.2. Toksyczność w stosunku do organizmów wodnych 4.3. Toksyczność w stosunku do człowieka 5. Właściwości dermatologiczne surfaktantów 5.1. Właściwości drażniące surfaktantów – wyniki doświadczalne 5.2. Właściwości drażniące surfaktantów – podejście molekularne 6. Inne właściwości biologiczne surfaktantów 7. Surfaktanty w ochronie przed drobnoustrojami 7.1. Wybrane zastosowania aktywności biobójczej surfaktantów 7.2. Ochrona kosmetyków 7.3. Ochrona drewna Literatura 8. Rozdział WYBRANE METODY PROGNOZOWANIA WŁAŚCIWOŚCI SURFAKTANTÓW Wprowadzenie 1. Metody sumowania udziałów elementów strukturalnych 1.1. Wielkość cząsteczek surfaktantów 1.2. Rozpuszczalność surfaktantów 2. Wybrane właściwości użytkowe surfaktantów 2.1. Równowaga hydrofilowo-lipofilowa surfaktantów 2.2. Równowaga nieorganiczno-organiczna surfaktantów 2.3. Równowaga w układach mikroheterogenicznych zawierających sur­faktanty 3. Wybrane metody modelowania właściwości surfaktantów 3.1. Indeksy topologiczne 3.2. Metody komputerowego prognozowania właściwości surfaktantów 3.3. Przykłady zastosowania symulacji komputerowych Literatura 9. Rozdział METODY OZNACZANIA SURFAKTANTÓW 1. Metody analizy jakościowej surfaktantów 1.1. Próba rozpuszczalności surfaktantów w różnych rozpuszczalni­kach 1.2. Oznaczanie pierwiastków 1.3. Wagowe oznaczanie surfaktantów i towarzyszących im składników 1.4. Identyfikacja składników niesurfaktantowej substancji organicznej 1.5. Proste metody określania klasy surfaktantów 2. Rozdzielanie mieszanin surfaktantów 3. Metody ilościowego oznaczania surfaktantów 3.1. Metody wagowe 3.2. Metody miareczkowe 3.3. Metody spektrofotometryczne 3.4. Metody elektroanalityczne 3.5. Metody chromatograficzne Literatura 10. Rozdział WPŁYW SURFAKTANTÓW NA ŚRODOWISKO NATURALNE Wprowadzenie 1. Surfaktanty chemodegradowalne 1.1. Surfaktanty z ugrupowaniem estrowym 1.2. Surfaktanty z ugrupowaniem acetalowym 2. Surfaktanty biodegradowalne 2.1. Sulfonowane estry kwasów tłuszczowych 2.2. Pochodne węglowodanów 3. Usuwanie surfaktantów ze ścieków 3.1. Wypienianie 3.2. Metody sorpcyjne 3.3. Usuwanie surfaktantów hydrożelami 4. Biodegradacja surfaktantów 4.1. Mydła 4.2. Pierwszorzędowe siarczany alkilowe 4.3. Drugorzędowe siarczany alkilowe 4.4. Alkilobenzenosulfoniany 4.5. Surfaktanty kationowe 4.6. Surfaktanty alkilobetainowe 5. Biodegradacja surfaktantów w środowisku naturalnym 5.1. Metody badania postępu procesu biodegradacji surfaktantów 5.2. Biorozkładalność surfaktantów w przepisach Unii Europejskiej 5.3. Bioakumulacja surfaktantów 5.4. Empiryczne reguły dotyczące biodegradacji surfaktantów 6. Bilans ekologiczny produkcji wybranych surfaktantów 6.1. Mydła 6.2. Liniowe alkilobenzenosulfoniany 6.3. Siarczany alkilowe 6.4. Oksyetylenowane siarczany alkilowe 6.5. Drugorzędowe alkanosulfoniany 6.6. Oksyetylenowane alkohole 6.7. Alkilopoliglukozydy Literatura 11. Rozdział WYBRANE ZASTOSOWANIA SURFAKTANTÓW 1. Stabilność surfaktantów 1.1. Wrażliwość na zmiany pH środowiska 1.2. Stabilność chemiczna 1.3. Stabilność termiczna 2. Niekonwencjonalne metody rozdzielania substancji 2.1. Elektroforeza micelarna 2.2. Zastosowania zawiesin: surfaktant – naftalen 2.3. Zastosowanie ciekłych membran 2.4. Ekstrakcja micelarna 2.5. Ultrafiltracja roztworów micelarnych 3. Zastosowania w syntezie chemicznej 3.1. Surfaktanty jako reagenty 3.2. Surfaktanty jako rozpuszczalniki 3.3. Surfaktanty jako katalizatory 4. Zastosowania w procesach technologicznych 4.1. Właściwości dyspergujące 4.2. Zdolność do tworzenia nici 4.3. Zastosowania we włókiennictwie 4.4. Redukcja oporów przepływu 4.5. Technologie wytwarzania niektórych materiałów 4.6. Inne technologie z zastosowaniem surfaktantów 5. Zastosowania w przemyśle rolno-spożywczym 5.1. Zastosowania w produkcji rolnej 5.2. Zastosowania w technologii żywności 6. Zastosowania w ochronie zdrowia 6.1. Kosmetyki i środki utrzymania higieny 6.2. Oddziaływania z flawonoidami 6.3. Zastosowania w medycynie i weterynarii Literatura SKRÓTY NAZW NIEKTÓRYCH SURFAKTANTÓW SKRÓTY NAZW NIEKTÓRYCH SUROWCÓW