Моющее действие растворов ПАВ

К поверхностно-активным веществам, которые обладают мою­щим действием, относятся мыла и различные синтетические ПАВ, являющиеся основой синтетических моющих средств (CMC). Мыла относятся к анионактивным ПАВ, моющее действие которых связано с наличием дифильного аниона. Они представляют собой растворимые в воде натриевые и калиевые соли карбоновых кислот жирного ряда: стеариновой, олеиновой, пальмити­новой и др. В состав CMC входят анионактивные ПАВ на осно­ве сульфопроизводных органических соединений, а также неионогенные ПАВ (разд. 26.6).

Обычно частицы загрязняющих веществ не смачиваются во­дой, так как они имеют гидрофобные свойства, поскольку со­держат жиры или минеральные масла. Поэтому моющее дейст­вие чистой воды очень мало. Его можно усилить, применяя рас­творы мыл или CMC. При контакте с загрязненной поверхностью молекулы ПАВ адсорбируются на частицах грязи, ориентируясь гидрофобными участками к поверхности частиц, а гидрофильными фрагментами - к воде (рис. 27.11). При этом молекулы ПАВ по­степенно проникают между загрязняющими частицами и очищае­мой поверхностью, увлекая за собой молекулы воды. В результате возникает расклинивающий эффект, отторгающий частицы грязи от поверхности. Перемешивание, механическое воздействие и уве­личение температуры усиливают моющее действие растворов ПАВ, так как способствуют измельчению и отделению грязи.

Отдельные частицы грязи, перешедшие в водную фазу, об­разуют эмульсию или суспензию, стабилизированную молекула­ми ПАВ. Последние, адсорбируясь на частицах дисперсной фазы (грязи), препятствуют их слипанию и оседанию на очищаемую поверхность. Стабилизация частиц грязи в водной среде при ис­пользовании CMC достигается введением в их состав полиэлек­тролитов, обычно фосфатов и полифосфатов, которые, адсорбиру­ясь на эмульгированных или суспендированных частицах грязи, увеличивают их устойчивость за счет появления одноименных зарядов на поверхности частиц и тем самым усиливают моющее действие CMC.

Рис. 27.11. Схема моющего действия растворов ПАВ:

а, б - адсорбция ПАВ и отделение жира от ткани; в, г - диспергиро­вание, эмульгирование и солюбилизация жира в мицеллах ПАВ; д -стабилизация полиэлектролитом мицелл ПАВ с жиром и поверхности ткани (....- защитный слой полиэлектролита)

Наиболее эффективная стабилизация масляных загрязнений, перешедших с очищаемой поверхности в водную фазу, обеспе­чивается солюбилизацией загрязняющих масел в структуре ми­целл ПАВ. Именно поэтому моющее действие ПАВ проявляется при концентрациях, превышающих ККМ. Таким образом, мою­щее действие растворов ПАВ обусловлено не только дифильно-стью молекул ПАВ и полярностью молекул воды, но и наличи­ем в этих растворах лиофильной коллоидной системы.

В жесткой воде, при высоком содержании катионов Mg²⁺ и Са²⁺, анионы дифильных молекул мыла образуют нерастворимые в воде соли, которые выпадают в осадок, и поэтому не возникает коллоидной системы, из-за чего теряется моющее действие:

Синтетические ПАВ не дают с катионами Mg²⁺ и Са²⁺ не­растворимых в воде соединений, поэтому они сохраняют мою­щее действие в жесткой и даже морской воде.

Необходимым свойством CMC с позиции охраны окружаю­щей среды является способность легко подвергаться биологиче­скому разложению, т. е. деградации гидрофобного фрагмента, под действием микроорганизмов, обитающих в природных водах. Международным соглашением запрещено производство и применение химически и биологически устойчивых ПАВ, так как, попадая в воду или почву, они загрязняют окружающую среду и нарушают экологическое равновесие. Легче всего микробиологически разрушаются гидрофобные фрагменты молекул ПАВ, содержащие прямоцепочечные углеводородные радикалы, например молекулы обычных мыл. Наличие разветвления цепи, даже в виде метильной группы, сразу приостанавливает дальнейшее разрушение углеводородной цепи микроорганизмами. Поэтому синтетические ПАВ должны содержать прямоцепочеч­ные углеводородные радикалы.

Другая экологическая проблема, связанная с применением CMC, заключается в том, что фосфаты и полифосфаты, входя­щие в состав CMC, при попадании в водоемы стимулируют интенсивный рост водорослей. Отмирание этих водорослей вызы­вает засорение и старение водоемов, называемое эвтрофикацией (разд. 14.3). Поэтому в настоящее время стоит проблема замены фосфатов при производстве CMC другими полиэлектролитами.