Wydział Chemii UMCSZakład Technologii Chemicznej

Ćwiczenie nr 26

Środki powierzchniowo czynne.Otrzymywanie mydła.

Oznaczanie liczby zmydlania.

Lublin

3.1. Srodki powierzchniowo czynne. Otrzymywanie mydla

3.1.1. Srodki powierzchniowo czynne i ich zastosowanie

Srodek powierzchniowo czynny jest to zwrqzek chemiczny, ktory po rozpuszczeniu lubzdyspergowaniu w cieczy ulega adsorpcji na granicy faz, zmteniaj4c, nawet przy niskichstEzeniach, miqdzyfazowe napiEcie powierzchniowe. Cz4steczka zwiqzku powierzchniowoczynnego ma co najmniej jedn4 grupQ funkcyjnq - hydrofilow4 - mog4c4 oddzialywacz czqsteczkami o charakterze polarnym (a to wlaSnie w wiqkszoSci przypadkow zapewniajego rozpvszczalnoSi w wodzie), reszta czqsteczkt ma charakter hydrofobonry.

Najpowszechniej wykorzystuje siE je w przemySle chemii gospodarczej do produkcjiSrodkow utrzymywania czystoSci, a wiqc - preparat6w do prania, mycia I czyszczenra orazSrodkow sluz4cych do higieny osobistej. Srodkow powierzchniowo czynnych ulywa siqtakZe w wielu procesach przemyslowych jako Srodk6w flotacyjnych, pianotworczych,emulguj4cych, dysperguj4cych, zwilzaj4cych, antyelektrostatycznych iinnych.

Srodkami pior4cymi nazywamy Srodki ulatwiajqce usuwanie brudu z powierzchni cialstalych na zasadzie proces6w fizycznych (obnizanie napiEcia powierzchniowego, dysper-gowanie, emulgowanie) i czgSciowo - chemicznych (zobojgtnianie, zmydlanie). Zahcza srqdo nich miEdzy innymi mydla i Srodki syntetyczne, tzw. detergenty (produkty kondensacjikwas6w tluszczowych), kt6re w przeciwienstwie do mydel nie s4 wrazliwe na tward4 wodEi alkaliczny odczyn k4pieli pior4cych. Srodki piorqce zazwczaj, poza wlaSciw4 substancjEpior4c4 (na przyktad mydlo, detergent), zawierajq jeszcze szereg dodatk6w, na przykladSrodki wybielaj4ce.

WSrod zwiEzkow stosowanych w przemySle chemii gospodarczej w ostatnich latacheoraz wiEkszego znaczenia nabraly zwiqzki chemiczne wykazujqce jednoczeSnie kilkapozqdanych wlaSciwoSci uzytkowych, tzw. zwiqzki wielofunkcyjne, na przyklad: myjqco-dezynfekuj 4ce, dezynfekuj 4co-kompleksuj 4ce, myj 4co-kompleksuj 4ce, wybielaj 4co-dezyn-fekuj4ce. Stosowanie nowoczesnych zwiqzkow powierzchniowo czynnych przyczynilo sigdo znacznej poprawy jakoSci wyrob6w chemii gospodarczej, przez co ulegaj4 zmianiem ateri alo chlonno S i, energo chlonnoS i or az ko s zty i ch wytw arzania.

Wyroby chemii gospodarczej mohna podzielii na kilka grup - jedn4 z najwiEkszychz nich stanowi4 Srodki do prania. Bior4c pod uwagQ sklad chemiczny, Srodki do praniadzieli sig na:

mydlane (proszki, mydla, pasfy, plyny): sEprzeznaczone do rgcznego i mechanicznegoprania bielizny dziecigcej oraz dla osob uczulonych;enzpatyczne: s4 uzywane do prania w temperaturach ponizej 60"C, na przykladwlokien syntetyc zny chmydlano-detergentowe: ich cech4 charakterystycznq.iest slaba zdolnoSi pianotw6rczazwiqzana z obecnoSci4 mydla, s4 wykorzystywane do prania niezbyt silnie zabrudzo-nych wyrob6w wl6kiennicrych;detergentowe: sEprzeznaczone do prania wyrobow z wlokien naturalnych, sztucznych,syntetyc znych i mieszanych.

Do kazdego rod zaju wlokien oraz stosowanego sposobu prania powinny byc odpowied-nio dobrane: sklad chemiczny Srodka pior4cego, pH kapieli pior4cej, temperatura praniaoraz stEzenie Srodka pior4cego. Na przyklad, wl6kna bialkowe (welna, jedwab) nie s4trwale w roztworach silnie alkalicznych, a wlokna celulozowe (bawetna, len) w roztworachsilnie kwaSnych.

r43

WaZnqgrupQ stanowi4 r6wniez pomocnicze Srodki do prania, zwlaszcza z punktu widze-nia efektywnoSci usuwania zanreczyszczen. Nalez4 do nich: Srodki wybielaj4ce, anty-elektrostatyczne, zmiEkczajqce, odkaZaj4ce i usztywniaj4ce. Bardzo popularny w EuropieZachodniej (rowniez i w Polsce) stat siE aktywator bielenia TAED (tetraacetyloetyleno-diamina), w USA jego odpowiednikiem jest NOBS (nonanoilooksybenzenosulfonian).Dzialanie TEAD polega na reakcji ze zwiqzkami nadtlenowymi w temperaturze okolo40oC, z wytworzeniem in situ kwasu nadoctowego, kt6ry jest dobrym - nie za silnym utle-niaczem. Optymalne dzialanie system6w na bazie TAED wystEpuj e w zakresie temperatur40-60'C przy pH 9,5-10. Opisano r6wniez grupQ metaloorganicznych kompleks6w man-ganu, kt6re katalizujqbielenie nadtlenkiem wodoru juz w temperaturze20"C.

Nalezy jednak pamiEtal, 2e glownym czynnikiem usuwaj4cym brud i plamy s4 surfak-tanty (Srodki powierzchniowo czynne), wybielacze pomagaj4 tylko w usuwaniu plam utle-nialnych. Swiatowe tendencje w rozwoju produkcji Srodkow powierzchniowo czynnychpolegaje na obnizeniu temperatury prania, nawet do l2-25'C, co daje mozliwoic lqczeniatkanin o roznych gatunkach wlokien, wykoriczeniach i kolorach, a przede wszystkim,p o zw ala na zao szczgdzeni e e n e r g i i e I ektry cznej .

Rysunek 3. l. l . Schemat przedstawiaj4cy wyroby chenrii gospodarcze-i

Wyroby chemii gospodarczej

Wyrobykosmetyczno-perfumeryjne

FarbyNiekt6re przybory

szkolne,np. plastelina

Srodki do prania,mycia

I czyszczenra

Srodki do zmywaniaI czyszczenrauzywane w

gospodarstwiedomowym

Srodkido utrzymania

higieny osobistej

Srodkihigieniczno-

dezynfekuj4ce

Srodki do myciaI czyszczenra

uzywanew przemySle

PomocniczeSrodki do

prania

Srodkido prania

Srodki do czyszczeniakonserwacji samochod6w

Srodkimydlano-

detergentowe

Srodki mydlanetypu proszk6w,

past, mydlai plynow Srodki

enzymatyczneSrodki

detergentowe

r44

3.1.2. Glowne surowce do produkcji Srodkow do mycia, praniai czyszczenia

Rodzaj surowc6w, ich jakoSi i i loSi decyduje o postQpie w chemii gospo darczej i pro-dukcji nowoczesnych wyrob6w tego przemyslu. WSrod nich 30 % to zwiryki powierzch-niowo czynne,28 % to substancje kompleksuj4ce jony wapnia i magnezu, tzw. sekwe-stranty oraz regulatory i bufory pH.

W chwili obecnej oyzy siQ do wiEkszego wykorrystania odtwarzalnych surowc6w(glownie produkt6w chemicznego przetworzenia tluszczow i polisacharydow) do wytwa-rzania Srodkow powierzchniowo czynnych oraz maksymalnego wykorzystania produktowsyntezy OXO. Kraje o duzych zasobach ropy naftowej ikraje najbardziej uprzemyslowioneopieraj 4 produkcj g wyrobow chemii gospodarczej na surowcach petrochemicznychuzyskiwanych z taniej (przez wiele lat) ropy naftowej, a takhe na wpglu i gazie ziernnym.Podstawowymi surowcami petrochemicznymi do produkcj i Srodkow powierzchniowoczynnych s4 alkany, etylen i benzen. Z etylenu, alkanow alkenow otrzymuje siQ kwasytluszczowe i alkohole tluszczowe. Wylsze alkeny- 1 mozna otrzymac przez krakingtermiczny i katalityczny n-alkan6w lub polimeryzacjq etylenu w procesie Zieglera. Alkenysyntetyc zne wytw arza s i g takze pr zez dehydrochloro wanie chloroalkan6 w.

Wedtug oceny z kohca XX wieku Swiatowe zasoby ropy naftowej wystarczE na przy-najmniej okolo 70 lat. Swiatowe zasoby wggla kamiennego i gazu ziemnego sq jeszczewigksze i dlatego dqzy siE do wykorzystania gazu syntezowego (CO+Hz) , otrzymywanegoz metanu lub zgazowania wggla kamiennego, do syntezy podstawowych surowc6w(n-alkanow, etylenu, propylenu, benzenu, alkoholi), sluz4cych do produkcj i Srodkowpowierzchnio wo czy nny ch

Wyralnq tendencj4 jest takle wykorzystanie naturalnych surowcSw odtwarzalnychpochodzenia rolniczego, do kt6rych zahczamy:1) tluszcze zwierzgce, takie jak wysokowartoSciowe loje i srnalec, tluszcze odpadowe

(utylizacyjny, kostny oraz inne odpady przemyslowe), ttuszczzwierzqt morskich;2) oleje bogate w kwas laurynowy (CnHz+O), takie jak kokosowy, palmowy (tzw. czer-

wony);3) roZne oleje roSlinne, a najczqSciej odpady z przemyslu spozywczego, czyli tzw. kwasy

porafinacyjne, oraz oleje o stosunkowo rnalej wartoSci spozywczej, na przyklad olejrzepakowy wysokoerukowy (nie nadajqcy siE do spozycia) i inne o malej zawartoScipolien6w;

4) polisacharydy (skrobia, celuloza).W zaleZnoSci od rodzaju surowc6w, ich jakoSci, metod i warunkow syntezy vzyskuje sig

Srodki powierzchniowo ezynne o r6znych wlaSciwoSciach fizykochemicznych i uzytko-wych.

Warto rowniez wspomniei, ze jako sekwestranty najczEsciej stosowane s4 fosforany.Tr6jpolifosforan sodu tworzy z zawartymt w wodzie i brudzie jonami wapniowymii magnezowymi rozpuszczalne w wodzie kompleksy w stechiometrycznym stosunku 1:1.Zwiqzane zostaj q takZe metale ciqzkie, co przeciwdziala korozji element6w maszyn orazniekorzystnemu wplywowi tych metali na barwniki pranych material6w. Procz zdolnoScisekwestruj4cej trojpolifosforan sodu ma duZq zdolnoSi dyspergowania brudu pigmento-wego, dzigki czemu zapobiega ponownemu osadzaniu siq oderwanych cz4stek brudu napranym materiale. ZaS powstanie jednoimiennych ladunk6w na wloknie i na cz4stkachbrudu ulatwia ich odrywanie. Trojpolifosforan sodu jest takze dobrym buforem w Srodowi-sku slabo zasadowym (pH 9-10).

Ogolnie znanym problemem przemyslu Srodkow pior4cych jest niekorzystny wptyw fos-foran6w na Srodowisko naturalne. Z tych teZ przyczyn fosforany sq powoli czgsciowo lub

r45

calkowicie wycofrwane z receptur. W Polsce, od 1 stycznia 1995 roku, obowi4zuje obni-Zona zawartofic fosforu (najwyzej 6 %) w proszkach do prania. Nie znaleziono jednakdotychczas idealnego zamiennika dla polifosforan6w w Srodkach pior4cych, takiego ktorywykazywalby ich zale}, a nie mialby ich wad. Preferowanym i dominuj4cym substytutemfosforan6w s4 zeolity w pol4czeniu z co-wypetniaczami, takimi jak krzemiany i polikar-boksylany.

3.1.3. Podzial Srodk6w powierzchniowo czynnych

Bior4c pod uwagq duZq liczbq produkowanych na Swiecie r6znorodnych substancj ipowierzchniowo czynnych, a takZe ich wielorakie zastosowanie mozna je sklasyfikowaiprzyjmuj 4c nastEpuj 4ce kryteria podzialu:

dysocj acja elektroli tyczna,budowa chemiczna,glowne funkcj e uzytkowe,wlaSciwoSci fi zykochemiczne,kierunki zastosowafl,hczba pelnionych glownych funkcj i uzytkowych,rodzaj rozpuszczalnrka w kt6rym substancja powierzchniowo czynnajest aktywna.

Podzial substancji powierzchniowo czynnych ze wzglgdu na dysocjacjp elektrolityczn4

Substancje powierzchniowo czynne dzieli siE na: jonowe (anionowe, kationowe, amfo-l ityczne) i niejonowe.

l) jonowe

anionowe

Zawieraj4 co najmniej jedn4 grupQ funkcyjn4 i ulegaj4 dysocjacji w roztworze wodnymz utworzeniem ujemnie naladowanych jon6w, stanowi4cych o aktywno5ci powierzch-niowej. Najwahniejszymi zwiqzkami w tej grupie s4 alkilobenzenosulfonian sodu,ktory wykazuje dobr4 zdolnoSd usuwania brudu z material6w wlokienniczych i twar-dych powierzchni, oraz siarczany alkoholi tluszczowych, kt6re odznaczaj4 sig dobr4rozpuszczalno5ciq odpornoSci4 na niskie temperatury i sq dobrze znoszone przezsk6rq.

kationowe

Zawrerajq co najmniej jedn4 grupQ funkcyjn4 i ulegaj4 dysocjacji w roztworze wodnymz utworzeniem dodatnio naladowanych jon6w, stanowi4cych o aktywnoSci powierzch-niowej. Najwazniejszymi zwiqzkami w tej grupie s4 pochodne amin tluszczowych,ktore wykazuj4 zdolnoSi zwrlzania, emulgowania, dyspergowania (gtownie dziqkiobecnoSci takich grup, jak sulfonowa, siarczanowa, hydroksylowa). R6wniez duae zna-czenie ma ich substantywnoSi (zdolnoSc przechodzenia z roztworu na powierzchniqmaterialu), w wyniku czego zwiqzki te dzialaj4 hydrofobizuj4co, zmigkczaj4co i anty-statycznie.

amfolity czne

Czqsteczki zawierajq dwie grupy funkcyjne, kt6re zaleZme od rodzaju Srodowiskamog4 ulegai jonizacji w roztworze wodnym, daj4c substancjg powierzchniowo czynnEo wlaSciwoSciach anionowych lub kat ionowych.S4 to wla5ciwoSci analogiczne dowlaSciwoSci substancji amfoterycznych. Najwazniejszymi zwi4zkami w tej grupie s4polipeptydy (produkty hydrolizy bialek naturalnych), ktore stosuje siQ w wlokien-

r46

nictwie jako Srodki pomocnicze, chroni4ce wlokna zwrerzqce podczas farbowania lubbielen ra z ulyciem nadtlenkow.

2) niejonowe

Nie dysocjuj Ew roztworach wodnych, a rozpuszczalnoSi tych zwiqzkow w wodzie jestwynikiem obecnoSci w ich cz4steczkach grup funkcyjnych oddzialuj4cych z czEstecz-kami wody. Przewiduje siq, 2e w przyszloSci wlaSnre zwiEzki niejonowe bEdq mialynajwigksze znaczenie, poniewaZ molna je latwo wprowadzic do plynow pior4cych,majE lepsz4 odpornoSi na dzialanie jonow zawartych w wodzie twardej, lepiej pior4syntetyki i wyroby z wlokien mieszanych, nadaj4 siQ szczegolnie do proszkow skon-centrowanych oraz do prania w nizszych temperaturach.

Podzial substancj i powierzchniowo czynnych ze wzglgdu na budowg chemiczn4

Pod wzglqdem budowy chemicznej substancje powierzchniowo czynne rownieZ dzielqsiq na grupy: anionowe, kationowe, amfolityezne iniejonowe.

1. Do substancji powierzchniowo czynnych anionowych zalicza srq'.

Srodki anionowe karboksylowane: mydla potasowe, sodowe i aminowe,oleje i tluszcze siarczanowane,produkty kondensacji kwasow tluszczowych: estry siarkowe kwasow tluszczowych -

estryfikowanych nizszymi alkoholami, jedno-wodorotlenowymi i wielo-wodorotleno-wymi, amidy sulfonowane i siarczanowane,pochodne kwas6w dwukarboksylowych (bursztynowego i ftalowego),alkilowe siarczany pierwszorzpdowe i drugorzqdowe,

sulfoniany alki lowe ialki loarylowe oraz sulfoniany z ropy naftowej,

siarczanowane produkty polioksyetylenowane,

Srodki anionowe zinnych niz wodna grupy rozpuszczalnikowej.

2. Do kationowych substancji powierzchniowo czynnych zahcza siE:

aminy,sole i zasady zawrerajEee czwartorzpdowy atom azotu,

sole sulfoniowe.sole fosfoniowe.

3. Do substancji powierzchniowo czynnych amfolitycznych zalicza siq:

pol ipetydy,zwiqzki typu betain o wlaSciwoSciach bakterioboj czychi antyelektrostaty czny ch,inne typy Srodkow amfolitycznych.

4. Do niejonowych substancji powierzchniowo czynnych zalicza sig:

naturalne Srodki niejonowe - saponiny (rozpuszczalne glikozydy), kt6re charakteryzujqsig duz4 zdolno5ci4 emulguj4cq dziatajqjako koloidy ochronne,

estry kwas6w tluszczowych z alkoholami jedno- i wielo-wodorotlenowymi

produkty oksyetylenowane, kt6re stanowi4 najwazniej sz4 grupQ Srodkow niejonowych,gdyz charakteryzuj4 siQ malq wartoSci4 krytycznego stEzenia micelowania, co powo-

duje, Ze zuIycie Srodkow niejonowych zmniejsza sig znacznie w stosunku do zuZyctainnych substancji powierzchniowo czynnych,produkty kondensacj i kwas6w tluszczowych z aminoalkoholami,

inne typy Srodkow niejonych.

147

Podzial substancji powierzchniowo czynnych ze wzglgdu na gl6wne funkcje uzytkowe

monofunkcyjne, dominuje tu cecha zwiqzana z aktywnoSci4 powierzchniow4 zwiqzkupowierzchniowo czynnego,wielofunkcyjne, spetniaj4 jednoczesnie inn4 wahnq funkcjE z punktu widzeniawlaSciwoSci uzytkowych, nalelq do nich, miqdzy innymi, zwiqzki myj4co-odkalaj4ce,myj 4c o - o dkazaj 4co- antyel ektro s taty czne.

Podzial substancji powierzchniowo czynnych pod wzglgdem ich wlaSciwoScifizvkochemicznvch i kierunk6w zastosowafi

pior4ce, maj4ce szerokie zastosowanie w gospodarstwie domowym, pralniach uslugo-wych, zakladovvych i szpitalnych,myj4ce, o szerokim zastosowaniu w gospodarstwie domowym (mycie naczyn,powierzchni), Srodki do utrzymania higieny osobistej (szampony, plyny do k4pieli),

myj4co- czyszczEce, stosowane do usuwania zabrudzen wymagaj4cych wigkszegonakladu energii (tarcia, szorowania),myj4co-odkazaj4ce i odkazaj4ce, stosowane, miqdzy innymi, w przemySle spozyw-czym,,flotacyjne i pianotw6rcze, zastosowanie w g6rnictwie i przetworstwie mineral6w,

emulguj4ce, wykorzystywane w przemySle wlokienniczym, sk6rzanym i futrzarskim,spozywczyffi, naftowym, kosmetycznym, w metalurgii i farmacji,

dysperguj4ce, stosowane w przemySle wlokienniczym, garbarstwie oraz przy produkcjifarb i lakier6w,zwilzajqce, ulywane w przemySle wlokienniczym, sk6rzanym i futrzarskim i g6rnic-

twie,antyelektrostafyczne, stosowane glownie w przemySle wlokien sztucznych i syntetycz-nych.

3 .1.4. WlaSciwoS ci fizykochemic zne Srodk6w powierzchniowo czynnychi mechanizm prania

Charakterystyczn4 cech4 budowy Srodkow powierzchniowo czynnych jest znaczniewiqksza dlugo6i czqsteczek niz ich przekroj poprzeczny. Zawieral4 one zazwyczaj dwaelementy strukturalne, umieszczone biegunowo po przecrwnych stronach czqsteczki - hy-drofilow4 grupQ polarn4 i hydrofobow4 grupQ wqglowodorow4. Cz4ste czki takie, wskutekzjawiska adsorpcji, gromadz4 siQ na granicy faz i orientuj4 prostopadle do powierzchnigranicznej elementem hydrofilowym (przyci4ganym przez wodq) ku fazie wodnej, a ele-mentem hydrofobowym (odpychanym przez wodq) na zewnqtrz, tworzqc zorientowan4warstwq adsorpcyj nE. Obok zj awiska adsorpcj i w roztworze substancj i powierzchniowo

czynnej moae zachodzi(, zjawisko micelowania. Gdy stgzenie substancji powierzchniowoczynnej w roztworze jest male, to mamy do czynienia z roztworem monodyspersyjnym(substancja powierzchniowo czynna wystppuj e w roztworze w postaci monomerow). Gdyzwiqkszamy stEzenie, w6wczas, powyzej pewnego stqzenia (CMC krytyczne stEzeniemicelowania), wskutek oddzialywari miqdzyc zqsteczkowych, bardziej korzystne energe-tycznie j est tworzenie przez czqsteczki substancj i powierzchniowo czynnej wiEkszychi bardziej uporz4dkowanych skupisk zwanych rnicelami. W rniceli czqsci hydrofobowecz4stek l4cz4 siE ze sob4 aby miei jak najmniejsz4 powierzchniq styku z fazq wodn4.W okreSlonych temperaturach i stpzeniach, asocjuj4ce za pomocE sil Van der Waalsa

t 4 8

czqsteczkt Srodkow powierzchniowo czynnych, tworzq micele o wymiarach koloidalnych(zol). Zjawisko powiqkszania siq rniceli koloidalnych (a wiqc zmniejszanta siQ stopniadyspersji), najczgsciej na skutek zlepiania siq (aglomeracji), nazywane jest koagulacj4 zoli.Dla Srodkow powierzchniowo czynnych temperatura, w kt6rej Srodek powierzchniowoczynny staje siq rozpuszczalny w wodzie w postaci przezroczystego i plynnego roztworu,nazywana j est punktern Kraffta. Stany Srodkow powierzchniowo czynnych w wodzieiwykresy r6wnowagowe,zaleZne od temperatury istqzenia,pokazuje rysunek 3.1.2.

OBSZARDWUFMOWY

t:)ttTUCL

ulF

N IA

ROZ-rwOnMONODYS- ROZTWOR

MICELARNYROZTWORMONODYS-PERSYJNY

KRZYWAzMqrNrE-

\{ nozrw6nMICELARNY

PER-SYJ-NY

x.lt-

tLUn

uJFKRZYWA

KLARowNoSct

Zr,tZet

PUNKTKRAFFTA STEZENTE JONOWEJ S.P.C STEZENIE NIEJONOWEJ S.P.C

Rysunek 3.1 .2. Schematyczne wykresy fazowe ukladow: substancja powierzchniowo czynna (S.P.C.) / woda;

CMC - krytyczne stEzerrie micelowattia

Srodki powierzchniowo czynne grornadz4 siQ na powierzchni granicznej tylko Medy,gdy towarzyszy temu zmniejszenie swobodnej energii powierzchniowej. Obnizenie napiq-

cia powierzchniowego wody w k4pieli pior4cej ulatwia zwilZanie powierzchni ciata stalego

L przenikanie roztworu pior4cego do nier6wnoSci powierzchni fazy stalej. Cz4ste czkt

Srodka powierzchniowo czynnego gromadz4 siE wowczas na granicy faz roztwor - warstwa

brudu, kierujqc czESc hydrofobow4 ku brudowi i czgsc hydrofilow4 ku wodzie. Powoduje

to zmniejszenie k4ta zwrllania (k4ta granicznego miqdzy warstw4 brudu i podtoza)

ikurczenie siQ warstewki brudu przyczepionego do wl6kna lub innej powierzchni.

Warstewka brudu w postaci kropelki otoczonej czEsteczkami Srodka powierzchniowo

czynnego moze byi juz w tej postaci zemulgowana i nastqpnie odprowadzana z k4piel4

pior4c4 (rysunek 3. 1 .3).

WODA+SUBSTANCJAPOWIERZCHNIOWO CZYNNA

II ETAP

1&'fry--

IV ETAP

Rysunek 3.1.3. Odrpvanie brudu przez roztwor Srodka pior4cego

I I I ETAP

r49

Na etapie badan wytwarzania i stosowanta Srodk6w powierzchniowo czynnych wspol-nym celem chemik6w jest poszukiwanie zalelnofici miqdzy struktur4 tych zwi4zk6wa makroskopowymi wlaSciwoSciami substancji i ich roztwor6w, ze szczegolnym uwzglqd-nieniem aspektu praktycznego. Korelacje mipdzy niektorymi wlaSciwoSciami uzytkowymia wielkoSciami fizykochemicznymi przedstawia tabela 3.1 .1 .

Tabef a 3.1.1. ZaleanoSci miEdzy wla$ciwoSciarni f izykochemicznymi a uzytkowymi Srodkow powierzchniowoczynnych

WielkoSc fi zykochemrczna Wplyw na wlaSciwoSci uzytkowe

Napiqcie powierzchniowe (cieczJ gaz)Napigcie migdzyfazowe (cieczJciecz)K4t zwilzania (cieczJcialo stale)Potencjal (LepkoSc

Pienienie. zwtlaantePranie, emulgowanieMycie powierzchni twardychPranie, flotacjaZelowan i e, zagqszczanie

3.1.5. Mydlo i jego rodzaje

Mydlo, bqd4ce alkaliczn4 sol4 kwasow tluszczowych zawieraj4cych 12- 18 atom6wwggla w lancuchu, jest najtahszym Srodkiem powierzchniowo czynnym. Produkty zblilonedo mydla wytwarzanojuz w najdawniejszych czasach i sluzyly one nie tylko do usuwaniabrudu, lecz tak2e do celow kosmetycznych i leczniczych. Jednak dopiero w XIX wiekuzaczgto powazniej zajmowac siQ mozliwoSci4 zast4pienia mydla lepszyrni produktami,otrzymywanymi na drodze syntety czneJ.

Nazwa mydlo, jak juz wczeSniej wspominano, obejmuje przede wszystkim sole sodowei potasowe wyhszych kwasow t)uszczowych. Mydlami rownie? nazywane s4 sole kwas6wZywicznych i naftenowych, a takle inne sole poryzszych kwas6w, jak na przyklad: amo-nowe, wapniowe, glinowe i inne.

Zaletami mydel s4: zdolnoSi prania wlokien celulozowych, latwoSi wyplukiwania, zdol-no$i dyspergowania, trwaloSi piany, slabe dzialanie odtluszczajqce w stosunku do sk6ry.Do ich wad naleZy zaliczyc: mal4 odpornoSi na dzialanie kwas6w, du24 zasadowoSihydrolitycznE oraz wraaliwoSi na obecnoSi w wodzie soli metali ciqzkich i alkalicznych,,glownie wapnia i magnezu.

WlaSciwoSci pior4ce i czyszczEce mydla zaleZE od budowy chemicznel i od sumy zwiq-zanych z niq wlaSciwoSci fizykochemicznych. WlaSciwoSi pienienia roztworow Srodkowpior4cych nie ma zasadniczego wplywu na ich warto5i pior4c4. Ulatwia jedynie odprowa-dzenie brudu z k4pieli pior4cej na powierzchniE iwskazuje na wyczerpywanie siq Srodkapieni4cego w k4pieli.

Mydla w wodnych roztworach ulegaj4 hydrolrzie, dodatek 40 % alkoholu zapobiega jej.

Mydla otrzymane ze stalych kwasow tluszczowych rozpuszczajq siE klarownie w gor4cejwodzie, a z creklych - rownieZ i w zimnej. Mydta wapniowe, cynkowe, glinowe nie roz-puszczajq siQ w wodzie, lecz rozpuszczajq siE w olejach, a otrzymane z nienasyconychkwasow rowniez w rozpu szczalnrkach, takich jak eter czy benzyna.

Liczne gatunki mydel znaJdujq rozlegle zastosowanie w uzytku domowytr oraz w prze-mySle. Gatunek mydla zaleZy od uzytych surowc6w, sposobu ich przerobu oraz od dodatkuobcych skladnikow. ZaleZnie od roztworu zasady stosowanej do zmydlania (w pewnejmierze takZe od uzytego tluszczu lub oleju) moZna podzielii mydla na: twarde - sodowei mipkkie - potasowe (s4 tez gatunki zawieraj4ce jednoczeSnie sod i potas).

.*.#&.ffi

ffiffiffi'

ffi,'s.rtr.;.##.:#.':,#.,#;

€t { ,

ii:.:.' ' t

1 5 0

Odpowiednio do sposobu wytwarzanta mydla dzielq siq na: mydla klejowe, rdzeniowe(ziarni ste) i polr dzen iowe.

Mydla klejowe otrzymuje siq przez gotowanie tluszczu z lugiern b4dL przez mieszanie

,,na zimno". ZawterajE one glicerynq, wodg, nadmiar lugu, zanieczyszczenra, szklo wodnei rzadziej dodawane Srodki obci4zaj4ce, na przyktad skrobiq, a nawet glinp. Masa ta poostygniqciu twardniej e. Jako surowiec podstawowy stosuj e siQ, tak zwany tluszcz

,,klejowy" (olej kokosowy lub z ziaren palmowych), co pozwala na wytwarzanie rnydelklejowych, zawieraj4cych bardzo duze iloSci wody i Srodkow obci4zaj4cych. Sklad twar-dych mydel klejowych waha sig w szerokich granicach, od zawierajqcych powyzej 60 %kwas6w tluszczowych do slabych jakoSciowo, zawieraj4cych kilkanaScie procent kwas6wtluszczowych, duZe iloSci Lywicy, wody i Srodkow obciEzaj4cych. Do mydel klejowychnaleZqtakze migkkie, maziste mydla potasowe. Otrzyrnuje siq je z olej6w roSlinnych, zwy-kle z oleju lnianego lub sojowego, czasami z tranu. Oleje te zmydla siq przez gotowaniez wodorotlenkiem potasu. W celu osi4gniEcia odpowiedniej konsystencj i dodaj e siQwEglanu potasu. Zawartolc kwasow tluszczowych wynosi wiEcej nrL 40 oh, natomiastkwasow lywicznych i obci4zen mydla te nie powinny zawierai wcale. ZaletE tych mydeljest ich latwa rozpuszczalnoSc w zimnej wodzie.

Mydla rdzeniowe otrzymuje siQ przez oddzielenie wlaSciwego mydla od gliceryny,nadrniaru lugu I zanteczyszczen za pomocq wysalania (wytr4cania) z roztworu z uZyciemsoli (zwykle chlorku sodu). PrzyrzEdza sig je za pomoc4 zmydlania lugiem tluszcz6wobojgtnych lub kwas6w tluszczowych. Mydlo rdzeniowe o zapachu naturalnym powinnopienii sig jak maziste. ZawartoSc kwas6w tluszczowych powinna byc nie mniejsza niZ63 %o, natomiast Srodk6w obciqzaj4cych, takich j ak szklo wodne, boraks, glina, niepowinn o zaw Lerai wcale.

Mydla p6lrdzeniowe otrzymuje sip w ten spos6b, ze podczas zmydlania dodaje siq tak4iloSi elektrolitu, kt6ra na gor4co nie wyslarcza do wysolenia, lecz podczas stygnipciazaczyna siq czqSciowe wysalanie. Zgpstniala masa nie moze juZ siE rozwarstwii i obie fazymydla rdzeniowego i klejowego pozostaj4 zmieszane ze sob4 tworz4c gotowy wyrobo wygl4dzie,,marmurowym".Jako elektrolit wysalaj4cy stosuje siq szklo wodne, sodg lubchlorek sodu. Mydla te zawierajqwiqc pewne iloSci substancji obci4zaj4cych.

Warto jeszcze wspomniei o mydle toaletowym, ktore przyrzEdza siq roznymi sposo-barni z najlepszych surowc6w (tluszcze zwierzpce i olej kokosowy). Nie powinny onezawierac wolnego lugu, nie zmydlonego tluszczu i wiqks zych iloSci chlorku sodu.Dodatkowo zawrerajq one zwykle barwniki, Srodki zapachowe, glicerynE, lanoling,przezroczyste mydla zawrerajq spirytus lub cukier. W mydtach medycznych spotyka siqSrodki odkalaj4ce i leczmcze.

Dla oceny jakoSci mydla istniej4 specjalne metody oznaczania jego zdolnoSci do prania,tworzenia piany, szkodliwego dzialania na wl6kna, wydajnoSci, zachowania siE podczasprzechowywania. Na przyklad niepoz4dana jest obecnoS6 niezmydlonego tluszczu, a taklewolnych kwasow tluszczowych, wptywaj4cych na pojawianie siq zjelczalego zapachumydla. DuZq uwagQ zwraca sig r6wniez na obecnoSi i iloSi szkodliwego wodorotlenkusodu oraz Srodkow obci4Zaj4cych.

Przykladowe rodzaje mydel, ich sklad, wlaSciwoSci oraz surowce tluszczowe przedsta-wiono w tabelach 3 . l .2. i 3. I .3.

1 5 1

Tabela 3.1.2. Grupy surowc6w tluszczowych stosowanych w proclukcji rnydel

Grupa Tluszcze i oleie

I - kwasu laurynowego

II - pochodzenia zwierzEcego

III - kwasu olejowego i l inolowego

IV - kwasu erukowego

V - kwasu linolenowego

VI - tluszcze pocho dzEce z rybi zwierzqt morskich

VII - hydroksykwas6w

VIII - kwas6w utwardzanych

kokosowy, palmowy

loj kostny, smalec utylizacyjny

bawelniany, konopny, makowy, oliwkowy,arachidowy, z orzeszk6w ziemnych, sojowy,slonecznikowy

gorczy czne, rzepakowe, nepi kowe

Lniany

oleje, trany

Rycynowy

tran, tlusz cze zwierzgce

3.1.6. Produkcja mydla

Do produkcji mydel stosuje siQ wolne kwasy tluszczowe oraz kwasy porafinacyjneolejow jadalnych i kwasy syntetyczne. Ze wzglEdu na swoisty zapach syntetycznych kwa-s6w stosuje sig je w iloSci nie przekraczaj4cej 25 % osnowy mydla. W zaleznoilci odrodzaju mydla poza osnow4 (sum4 skladnikow tluszczowych) rnydta zawierajqrowniez:

substancje zastQpujEce surowiec tluszczowy, na przyklad kwasy Zywiczne w postacikalafonii i oleju talowego, kwasy naftenowe oraz pochodne cyklopentanu,surowce pomocnicze, jak na przyktad skrobia, \loza (ester metylowy celulozy), solesodowe kwas6w ligninosulfonowych (otrzymywane z odpadowych lug6w siarczyno-wych),wypeln i acze, na pr zyktad cuk i er, g liceryna, alkohol, lano I i na,kompozycje zapachowe, barwniki,Srodki antyseptyczne.

Do podstawowych surowc6w nieorganicznych do produkcji rnydla zaliczamy: wodoro-tlenek sodu lub potasu, wqglan sodu kalcynowany i krystaliczny oraz chlorek sodu.

Proces zmydlania ttuszczu, zwany warzeniem mydla, pocz4tkowo przebiega powoli. Pozmydleniu 20 o/o tluszczu nastqpuje okres gwaltownej reakcji. Okres koricowy, domydlania

Rysunekmydla

r52

pozostalych 5 o/o tluszczu, przebiega oporniei wymaga dlugotrwalego gotowania. Po-cz4tkowy, powolny przebieg procesu tluma-czy siQ mal4 powierzchni4 sfyku tluszczuz lugiem, czyli dwoch ciektych faz nie mie-szaj4cych sip ze sob4. W miarq hydrolitycz-nego rozczepienia obojgtnego tluszczupowstaje mydlo, ktore odgrywa rolE czyn-nika emulguj4cego tluszcz w fazie wodnej,wskutek czego zwiqksza siQ powierzchniazetkniqcia obu faz i szybkoSi zrnydlaniawzrasta. Przebieg procesu warzenia rnydlaprzedstawia rysunek 3. 1 .4

10001.gcq)rc

EN

.9o_o

.F,

U)

0

I

Fa0'_gq

domYdlanienie

,"flczas

3.1.4. Wykres przebiegu procesu warzenia

U)

(.)

li

(n

OJ

R h

; o t r7 - ^, N ( €

() .7

N . <f-1 (t

)h i l E= f - , Y

A n v

. . : l c !q = j lN l uo ' oN O2 - a

= N

T.-z

JI

' d

a)

F I

d . s! EP r Y

- " I f - :

h O c s

e N , - i tbo 9 >.c0 ) k o - C i

D K = ZN E b I J(,/) t<

A)P '

v

-1 NU)

n t_ *

:Ea)(t

z;

a

JZa)

g

.6 :tN - C - r JQ ( J S '

} - * c g: E X F - be N \ - / - C J

f, d

X 2 Z L c !ci ( 7 V . c o(€ = . \orJ- p. + >.0 2 ; r i - f X

N 3 - X 7g ' - z 5. 2 o t j ^ - V

P-

-e l'T1

-^ r )

- c l J' - z+

-z

=

o f. A - \

) v 1 1' ; - 'M i i' : - * o -

t d

- N_ v

e3

f , , z 9. a :

o ) = XN u ) \ J( / ) O O'N -:z tra . o ^5 - Y i

-

O

(t)

b!

{.t }_ c Lg1

-Q

) Y-(,/) oll

=- - e

F ? :?

r , E r t r^ N N

c ) - 0 )P

" i - \

N :

2 o )

qJ-

izt<

F ( . )

H J

^ . 1

c . l S

()N

c<(n

a)

-a-)N-r''l

-v

->.

0 ) o> ' a

Li

x _ oK \ /L F

_y, (g(s b0

r''l(n

a.)N

0)

L

XC

-)

Ocq

N

(.)(n

.C')

.gf

9 - t> . - _ cl - . - v

-q ) s i iE U

E N ' =l - 6 k

-o 0-)N . =a ) =

c.l(\a\

' 5-(/)

l<

. N

.9fO

I-

().

f^r

o-: >'9! >\qJ L<

>) v!

(-)r ' -

)' -r

J

0) -)-,- i 4

^ c C= . )

?a-v L <{.)()0) vv

v -

o -

o J ) , ( )

o

0 ) ( )' a-

N

NoNCN

a

>lq)htrq)

,14

L

O

{ -f i x# s

y . r v *

4 5 9 . iN "O 'cn , . I: h , - Y- F * "

< F * !.N' qi (J :

d

' ' " '77 >9 Q ' . o 9f E o \ " =- ? f ; 1 s

. O ! - ( )'3 A e eI

g N s ES s - a. n 0 ) . -i i T c ; !> \ O d X> - . = * v5 - c E t rN O J

$ t < Q) v -' - : N A Z .

O \ JB X , g ' 9 ?' 9 i z Es = Y ' af . 3 x ' =r . o \ o =

t t v

! S e g? e s >v # . E

E : R Hs E s SS ; E . g; ^ O J c )- ; < €

ba. . - . < +

- c - c - v ;9 . 3 . : , iC C t r \ ,X 9.C' L

' = € , - Ot ) . . r -C F Q }< ' = A c'1, F \/ +Ja , - ^ a i

9 ' a ) < =a . C t r ) P

r d i a- . 9 v J J

a -' ? - o c . l 6t F . -l- tt) (qc d ^ N ( g> x d E- e

cs( - . l > i ,N ; ( F

. X a " )- ( - , i

i 'or : !l! -c .: "1'' ^ O d ( U

x * t zX 5 d +Y ! N

d ! i A Q

} " i & ' z. ^ - r y

F 3 ? 3t ' 9 x . 9

d 'd v

* 3 i i q>: F 8.= ; N . > )

v f f { --x i B -t r c N c )N ; . s 3f s 3 s

fr\ O > ? r ' . =

- \ oa^l

sn

. c.l(_) v

R vo l r )N Olt) /

3 *=c d cB 6

> . :O ./)

> 6N

o o B\O .C)

| 'u)

O 1 :v ( q

N

- n r sg s H . ?f r . -

L : : d ' . .

N - v . L f r ). 9 7 i * o -B - - ' 5 y l( i ^ l v

f i E -

v ? s 3- o o T , q )

1 J 4 U

; >,; 5v , t r

x i A v. / \ r r * r F

v g v

X ' = - cY ! V A

F AL < . x P

, ! 4 8s E s d' l

! n ' -

! ; d if s E to N 9 qN N -

3 N a ' : ' ;

i n A s5 X N a

= . i a ) X= r r ' ! g. > ' _ - \

' ( J ^

c i 9 G - l- . > = G

J ^ . l E- c X I I( ) O - j

3 t q , oo = o 1 7E E Z E> ) O v v /r -

H " X c )N = ; - ( J

. o J ' . .

. 9o \ E O d

kv (.f) d l<

Y g BE= ' - ,

at-(_- + v

9 ( ) o- , > ) >- -! q s

. < r v

5 > \ N> t r c u )N F a i s a. q ) < ) \

. ' =

d c o( n d 'w . . _ \ . - ( )

- - + vJ = Q J ( a ). , \ !

.; tt)

# -- 2

1 i ) ?t s 6 . i(g

- x 5 5s I 5 s

. . - o . N u

€ a g q> - x =l * t ;K i ' ; €R X ! a( ^ \ z e . E

E D., i sN V

'f,!, 7 -., zd > i : , - i7 . A Z - O-r -v tt tL

; i . o

5 ; * r> \ J dC - o.r -ir

: E h s )P = t'i 5) y , ( q

b c ' =N = a^ C h r \

N g . sv1 ;-

Y - c d! f , 5 J

,a'r-zs 9-i >'

( ) - =03 aJ,Nc t f / b <

t e nN :0 ) Y r ' i

: r ' vr - od ' u 1^ :

U \ J

CgJ I F

. ( . ) E- ( J + J

i j c d O> . = 0 )-

t )V #N ( ) t r

d* \ Y

N > . ;tf)= ) =

- 1 . - r(n

. c ).O (V cg

P ' a :

- E to

9 o

> . , :

N

tr)

Eaoor ' i

^ v

.- (n:J U'(J

I

. ? 6 g^ \ . 1 -

v -

a 4 -r v d )

c . S ' D- v . R

/ l

; 9 2) ( q 5O N aN C q . _

$ E c-E . : >

>. - ) J ^X - F F

f t < x' . ; ( g

x T Z-C >r \/O O , . O) ' G o \

5 s ' 5Y N 9-' u)t r = c . . lN = E^ (.) !Y

x N ! ,cnc o (r . 9

t r t C(--. .g

d

J

?

=-Y

< s/-l oon C \

'-;z oC r rr O v

o \ *

co

(.) a)

N 6' ;

. q )

K P ,

1 La)

- c s9 X

: FN aO F

D H- Z> \ i

'O r.oc, o-

= o "

> ' =X N

j: c\t

} KN ' F

o \

c.)

o ?F. c.)

N =ON .Y.2 ( ) ' ,

c d t )

: Z o 3

- Eg ;a)

€

N

-c l

'7

ah

o)E

N ,

5 ^( b Y- o o

c 6 V\ / o

= t r )< O

I

o\

vt--

oo

N

9

b0

. : Nt r 9N -::

(a

b0

q ) ^

t r eN ( g -o ol)

B F>. q). N NA 9

R 8k v

()' 5.ul

c)

(n

(./)L<

N

L<

(./)o0

' d

JZ

6qJ

I t r . Y

Y A K 9c Y E! 2 E ! ON i

v d l9 d d - . =

. ! F E . l z- o = NO. ;: V)

tr a')af-

v

a.)3' aX

a.)x

(t)

!

t<

(<

OJ

,.:/.

N

0)

()

t4

' a?

q.)

()

0.)

nr tZ;A N0 ) vA N

X a.)r : N

t<e

i

" " Oo u )v o

9 35 0o q )Q J E

o

a.)O

r<

.t)d)

cn

N!

O

()\(/t

Jtt)

O

(,)

f

0)

RN

c1

c";

c.)

F

U)

q,

k

a

E nh Y ,() ;,-b0

> ' -> ' :O Y r

> z( J ?P ,14(/)

Cg

s x.v

'r.

O e\ Z '

0)> ' -

F o -c ) O

U =N N(-a) a

{

: z x

N ''i

> . 3

brO N

! 2 9o o JN }

= q )i j O

(a)

-v

'[r

r ,r

q.)

9

q)

U)

tt)

bo

d

Cn

N

(-'ac''!

(A

(t)

JZ

AJ

t-

6No

f a

Y O 9) r ) ' L Ft s A - ^k

> , 3 . = O

x e E ;v ( g y ut !

b \ x B ; ,R ; . 3 D g. k : R i , HY o v t c ' Ai 90 ; !N l Q J E ( J

P ' . i g Pv h n *

> \ r n ; i -- ( S Y *

5 : s 9- ^ l u

aV H f i *L < x ( €

- g ; N, x l

b0a . ) a )

; := H

6 Bcg cc

0)g ' s.N

c)

a>- >lN C ) ,

N . Na)N ;

O O..^ 0)

(t)

N i

F 6

E i ilr)0)Jb0

+ ( 6Y

> - NN ' A( A N.N (n

0.)O

.= (.)

l < Pa l : ' :

U)

v ( g

F Ns c J

x+J 0)

N - f l

d q-)

g S

0J (,E ' r J! c )R K 3

a \ J l <

6 H . 9

3 c € oO E ' KF o - 5^ l ' . -s 5 ( ).9 .o 'K

{ ' 3 ;x ( )+ q )( g ^N 6

O' a,N

r<

O

N

0)

(A

s

>,(t)

(.)

l q . . l -I Ol o Y

l ' aI El 6l * sl > -a 2 -I

I -

l 3 ul ( d ol a !l ' N , =LS.. -l o tl a v

v , o-(f -

9 P- a E

9 2

A ( h

o ( gN . ( J(t) -

E B3 o i l

. a ) - l

2 t r l' . - lr r g l

Erlo = l

: . "15 li l l

I

(-)t - 7

v 5- oo \ . a( n t ro ^ 6v -

0 0 . ) 5-N. 0.)(g- o,

N .r.i

H O

J, )<

< Et<'u)

>.'

A 5'oY , g\ 4 5^ ( )

FX O.r r .X

arl '

(g (_)

N . o - ^.g ' . .b \3 5 , v lN . -

* '

I o c . l r ' it . - o v| - = cdJ o

l : i 'a !l = ! L =l \ . ' "l ; o 5I O = q )l > . " t rl ! ; 6

f l - -

N - ) q )o i ' -N . r n 9c h - - E- ^ : Y

! FT- (n

> a'\ :u< \ J , ='\J

\l (n

K 3 . *) ..o C'3/ ^ \ H- v : 5€ , j t s> a E- C g^ N .

d

Y- 1 - Ir - N lt r q . l lN . H I

- l

) < c s I- . - l

I\f c€ |

\ ! / |I

e l

l a i

lg,$l u fl 3 rl 3 sl 8 sl r $l ' ( ) o ( dl ' ( , ^ t -t vf P ('

l E ; 9t > = ( - ,I ? U L| .rl \/

lN ; s ,l F - 1

^ - l

3 .X g l6 d l

- H p l- r A l

sEg9 l

+ ^ l

; H ; IF # €l1a -la; I

IH !

> : IF * |s ; In 9 |

lsIF1 3 eI ' F .l s sl ; a sl ) d sl i \Z "!l c d - t - -l - V ' r o - f ,l - o \

l< .^^ o

lcH€ils$Ell 3 o _ r J ll * ' - |

l " c o r l' c ' 5 1

' ! , - t s l(./) cd (!l

s = E lio

-al3. ; l

s F ls l+ l\ f , 1

l ; s ql B ql-0 Kl Fel F sl : ;l 9 gI E El q 4

l € q )l J ' -l . h ( J

l o \ Nl s i ; ,

J l

. . . i (n l

o ' - l) \ e3 l> ! l= o l

5 B l

felF F I5 c o l

: r lE a lh r - l5 b - l

E $ ls i l$ c6 l

Y ; IO j Z I' e l

O

I r^\

l "

l €t > 'I Nl ( )

NOC)

;

Y. a l

6 l! lEI

-

q)

l$lgl Bl a )

t > ll , - l

I >J> l- l- l

€ l- r l

xl

t €I FI rl 3l 5I NI v

l c \l ll ot : l

I

o l.(/) |o lt : lc g l

= l

il. e lE IE I

'r

f

z>.r-

-Ni

$

N

ntTr

'.j()

;d

0)

ENi

\r)j

(a

JZ()era)

(-):

N

l a oI A Al x xt 4 " al s S F R Sl + N ; b 5l H 0 )

l g E 9 op Lrt . F , F u - 6

l 3 F ' v t l ?l O g g O - f , U: / , . - J+ - qc € c s c d 1 j( ) J c ) O UC g C g C g f i d

E s E a != o \ = N a . )'-_ o,r '- .Y '6; = - c cp S p c s sf . g ' i = K6 } 5 J EC N C : ; U )0 ) d O J

I P . = , P

g c € g EE J L U

g E:l :z

\ v^\ ^\c-c\t//')

N

,> i^o u r

; 1 o

o(n€ri

0)Etr

0)

CJ

0)L<

N(a

0)

(/)N

r<.

Q ) ^p 0 )

N a )( / ) . =O J L

:E }C v

0)

a

N

;NO

OJ

Et-aJ

Noa1

N

oq)

(,)a..1N

Tf

tr

AJ

- 'r-l:; -

a_)

. * ' -'-1 Nr^ r:

:1 trCJ

E

o

eJ(<.

;C)

q)C)

L<-(t)

c)

(h

E

N

tr

O

O

U)

()'n

a.)

N

./.(.n

cn

6d

F

Przy odpowiednirn stpzer-riu lugu w masie zrnydlanie przebiega bez tworzenia siQ

jasnych, nieprzezroczystych grudek Scislego mydla. Po dodaniu okolo 20 % caikowitej

ilo5ci lugu nastqpuje charakterystyczn a zrntana w wygl4dzie masy. Pocz4tkowo tnatowa,

o jasnej barwie, emulsja ciemnieje i staje sigprzezroczysta. Nastgpule zwiqzanie (sklejenie)

masy. Stqzenie doplywaj4cego lugu molna zwigkszyc i jego i loSi kor-rtrolowac na

podstawie wygl4du masy mydlanej. KaZdorazowy dodatek lugu wywoluje rniejscowe

rozjaSnienia i szybko zanikaj4ce rozsalanie masy. Nadrnierny doplyw tugu lnoze

spowodowai przedwczesne rozsolenie siQ calej masy, a jednoczeSnie gwaftowne

wydzielenie siq ciepla reakcji, odprowadzanego przez parQ wodn4 powoduje podnoszenie

siq masy i moze doprowadzic nawet do wyrzucenia zawartoici z naczynra Niedomiar lugu

powoduje powstanie ciemnych grud zgqstnialego mydla, zawieral4cych nie zrnydlony

tluszcz, albo rownomierne gqstnienie caloSci masy. W okresie gwaltownego zmydlania

proces wykazuje prawie stal4 szybkoSi, po czym przechodzi w dlugotrwaty okres

domydlania. Przyczyn4 powolnego domydlania jest zrnniejszenie siQ stEzeri reaguj4cych

skladnik6w i duaa lepkoSi oSrodka. Zmydlanie tluszczu jest zakoficzone, gdy w zawartoSci

naczynia znajduje sig okolo 50 %o kwasow tluszczowych i okolo 0,2-0,3 o/o wolnego lugu.

W tym mornencie mozna przyst4pic do wysalania, czyli produkcji mydla rdzeniowego

poprzez dodatek do wrz4cej masy mydlanej stqzonego roztworu NaCl lub stalego NaCl

zwrl1onego wod4. Schernat wytwarzania mydla rdzeniowego przedstawia rysunek 3.1 .5.

klarownik

prasa filtracyjnazbiornik dorozpuszczaniaNaOH orasa filtr

sprq2arka

magazynmydta prasa suSzarnia

Rysunek 3.1.5. Schemat wytwarzania mydla rdzeniowego

Na rysunku 3 .1.6 przedstawiony zostal schemat produkcj i mydel toaletowych. Sposob

postEpowania, do momentu otrrymania mydla rdzeniowego (podstawowego), nie rozni sig

od podanego wczesniej. Do osnowy mydlanej dobiera sip surowce o jak najwyzszei iako5cii dqzy sig do tego, aby mydlo podstawowe zawreralo mozliwie najmniejsz4 zawartoSd lugu.

3.1.7 .Biodegradacja Srodk6w powierzchniowo czynnych

Rozporz4dzenie Ministra Gospod arki z 9.09.1998r. (Dz.U. Nr 122, poz. 801) o detergen-

tach uitulu, Ze stopiefi biodegradacj i substancj i powierzchniowo czynnych wchodz4cych

w sklad Srodkow do prania i mycia musi wynosii co najmniej 80 %. Stopien biodegradacj i

okresla siq za pomocq proby laboratoryjnej, stosuj4c osad czynny w warunkach zblizonych

dozowniki

gliceryna

odpadki myd{a

zbiornik lug6wpomydlanych

1 5 5

woda

mieszalnik

podnoSnikkubelkowy

kompozycjabarwnik zapachowa

magazyn

"trP--gniotownik prasa kraialnica prasa

Slimakowa automatyczna

Rysunek 3.1 .6. Sclremat wytwarzarria rnydla toaletowego

do warunk6w wystQpujEcych w praktyce oczyszczania Sciek6w. Przewidzianymi przezustawQ testami okreSla sig miqdzy tnnymi biologiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT) i che-miczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT). BZT jest ,,miarq" zuZycia tlenu na utlenianie zanie-czyszczen w wodzie i Sciekach przy udziale mikroorganizmow, ? C\ZT - w reakcji che-micznego utleniania.

Oprocz podatnoSci na biodegradacjE duz4 uwagQ przywiqzuje siE do toksycznosci Srod-k6w powierzchniowo czynnych w stosunku do ryb. Wiadom o, ze ryby nie znos z4 zmniej-szenia napigcia powierzchniowego wody ponizej 5.10-2 N/m - ponizej tej wartoSci pecz-nieje i rozpada sig nablonek oddechowy skrzeli, co powoduje Smierc ryb. Natomiast nawetznaczne iloSci detergentow nie powoduj4 uszkodzenia 2olqdka i przewodu pokarmowegoryb.

Na Srodowisko naturalne wplywaj4 takle fosforany (szczegolnie trojpolifosforansodowy) zawarte w Srodkach pior4cych. Fosforany sprzyjaj4 eutrofi zacji wod stoj4cychi wolno plyn4cych, powoduj4c nadmierny przyrost wodorostow i zmniej szajqc zawartosl,tlenu w wodzie oraz wplywaj4c na Zycie innych organizm6w wodnych. Zagadnienieszkodliwo5ci fosforan6w w Srodkach pior4cych nie zostalo jednak jednozn acznie wyja-Snione. Istniej4 opinie, 2e nale|y raczej usuwai fosforany ze Sciekow, niz eliminowac je zeSrodkow pior4cych. Znane sq wyniki badan, w ktorych r6wnie szkodliwe dla Srodowiskanaturalnego okazaly siq Srodki pior4ce bezfosforanowe, gdy| stwierdzono, Ze na eutrofrza-cjE wptywaje takle inne, oprocz fosforan6w,, czynniki.

3.1.8. Opis dwiczenia

Cel iwi czenia

Celem cwiczenia jest wprowadzenie w podstawowe zagadnienia zwiqzane z produkcj4rnydla. Praktyczne otrzymywanie mydla oraz oznaczante liczby zrnydlania wyjSciowychsurowc6w umozliwiaj4 ocenQ trudnoSci wystqpuj4cych w czasie produkcj i, a iednoczeSnieuSwiadamiaj4 niezbEdnoSc kontroli analityc znej w procesie produkcyjnym.

Zadania

Otrzymai mydlo klejowe z tluszczu roSlinnego lub zwierzQcego i kalafonii o zadanejreceptur q zawartoSci wody i stosunku surowcow ulegaj 4cych zmyd laniu.Oznaczyc l iczbg zmydlania LZ (patrzrozdzial5.6) i obliczyc niedomiar NaOH uzytegow pierwszej fazie procesu oraz dokonczyi warzenie mydta z faktycznie potrzebn4i loScia wodorot lenku sodu.

Apara suszarnia

l .

2 .

i 5 6

3 . Wyznaczyc tnasQ rrrydla i obliczyi procentowy

nego wodfl wzglgdem surowcow zrnydlanych.uzysk otrzyrnanego mydla (obci4zo-

Sprzgt i odczynniki

Sprzqt: waga techniczna, laLnia piaskowa, zlewka

tbo .- ' , cl, l inder miaror.vy o pojemnoSci 50 cm3,

foremki.

Odczynniki: t luszcz roSlinny lub zwierzqcy., kalafonia, NaOH (pastylki), woda destylo-

wana.

Wykonanie 6wiczenia

Do zlewki o pojemnoSci 500 crn3 umieszczonej w laLni piaskowej odrnierzye 350 cm3

wody destylowanej i rozpocz4c ogrzewanie (warstwa piasku pod dnem zlewki powinna

mieC gruboSi okolo I cm, a zlewka powinna byc obsypana piaskiern do wysoko6ci poziornu

wodyj. Nastqpnie odwazyc, nawadze techniczneJ z dokladnoSci4 do 0,1 g, 100 g tluszczu

t*i ir i tpcego iub roSlinnego oraz rozdrobnic kalafoniq na proszek i odwazyc, rowniez na

wadze technicznej z tE sam4 dokladnoSciE porcjE 12 g. Tluszcz i kalafoniq przenieSd do

zlewki z wod4.przygotowai porcjg NaOH potrzebnego, w przyblizeniu, do zmydlenia tluszczu ikalafo-

nii. przryj4c,, Ze liczba zmydlania LZ uZytej kalafonii wynosi 165, odpowiada to 120 g

NaOH/i f.g kalafonii, natomiast dla tluszczu przyi4i wstqpnie mniejszq niz spodziewana

liczbE zmydlania LZ: 170, aliczbie tej odpowiada 120 gNaOH/l kg tluszczu.

St4d: 0,012kekalafonii . 120 gNaOFVkg kalafonii = 1,5 g NaOH

0, I 00 kg tluszczu ' 120 g NaOH lkg tluszczu : 12,0 g NaOH

lqcznie 13,5 gNaOH

RozpuScii 13,5 g NaOH, odwazonego nawadze techni cznei, w 50 cm3 wody destylowa-

nej odmierzonej do kolby stozkowej.po roztopieniu tluszczu rozpoczqc zmydlanie surowc6w. Przygotowany roztwor NaOH

naleZy dodawai w porcjach (od 4 do 6), utrrymuj4c zlewke z reagentami w stanie umiar-

kowanego wrzenia. Pod.rur zmydlania zawartoll zlewki nalezy mieszai drewnian4

lopatk4. Zmydlanie surowc6w kontynuuje siq od 3 do 4 godzin.'Rownolegle z warzeniem mydla, ale przed dodaniem ostatniej porcji roztworu NaOH,

nale1y oznaczyc rzeczywist4 liczbq zmydlania tluszczu (wedlug opisu w rozdziale 5.6) i na

j.j podrtu*ie obliczyi iloSi NaOH faktycznie potrzebn4 do zmydlenia wprowadzonego

ilrrt"tu. Wyliczon4 dodatkow4 iloSi NaOH odwazyc i rozpuScic w iuz wczeSniej przygo-

towanym roztworze NaOH do zmydlania.

Warzenie mydta uwa1a sip za zakonczone, gdy calkowita ilo5i wprowadzonego NaOH

przereaguje z uzytymi surowcami i w czasie mieszania rnydlo splywa z lopatki w postaci

tienkiei prze1roizystej tafli. Po zmydleniu mydlo przelac do formy. Nastqpnego dnia lub

pofniej wydobyi zestalone mydlo z formy I oznaczyi jego masQ. Obliczyi wydajnoSi

przeprowadzonego Procesu.

Literatura

l . Malinowski S.. Slebodzil iski T., Urbariski T., Ter:lrru.tlogia r:hentir:uta organir:7no, Patistwowe Wydawttictwo

Naukowe, Warszawa 1958.

o pojemnoSci 500 cm', kolba stozkowaszkielko zegarkowe, lopatka drewnialta,

L 5 l

2' Anastasiu S., Jelescu E., Srodki powierzchniowo czynne, Wyclawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa1973.

3. Profic J., Planeta 8., Plichowski 8., Szmitgal 8., Srodki powierzchniowo czynne - tet:ltnolrtgia i zastosowanie,Panstwowe Wydawnictwo Techniczne, Warszawa I 959.

4. Klopotek A.,Dziala G., Wlasiuk D., Bol i r iska A., Mazurkiewicz J. , Przemysl Chent iczny,63 (1984) 569.5. Klopotek A., Kikolski P., Dziala G., Wlasiuk D., Przemysl Chemiczny,63 (1984) 6276. Stache Fl . , Przemysl Chemiczny,63 (1984) 630.7. Klopotek A., Klopotek 8. , Przemysl Chemiczny,69 (1990) 149.8. Rozycka D., Stechman M,, Chemik, 48 (1995) 74.

5.6. Ozrraczanie liczbv zmydlania

5.6.1. Definicja liczby zmydlania

Przeprowadzenie pelnej analizy t luszczow w celu okreSlenia ich skladu jest bardzoklopotl ir,ve i dlugotrwale. ToteZ aby odroznic jeden tluszcz od drugiego, zazwyczaj oznaczasiq kilka l iczbowych cech charakteryzuj4cych jego wiaSciwoSci f izyezne i cherniczne. Donaj bardziej charakterystycznych zalicza siQ l iczbE zrnydlania. Liczba znydlanta stanowital<Ze podstawg do obliczenia i loSci Srodkow zmydlaj 4cych (wodorotlenku sodu lubpotasu), potrzebnych do zmydlenia danej lnasy tluszczu w procesie produkcyjnym, naprzyklad mydla.

Liczba zrnydlania LZ - jest to l iczba mil igramtiw wodorotlenku potasu, potrzebr-rego dozrnydlenia 1g badanego tluszczu oraz zobojgtnienia zawartych w nitn wolnych kwasow

tluszczowych.Zmydlanie przebiega wedlug nastqpuj4cej reakcj i:

cH2-o-coRI

CH-O-CORIcH2-o-coR

glicerydzawartyw tluszczu

+ n RCOOH + (3+n) KOH -+

wolny kwaszawartyw tluszcztr

cH2-oHI

CH-OH +

IcH2-oH

gliceryna

(3+n) RCOOK

s6l potasowakwas6wtlirszczowych

W tabeli 5.6.1 podano wielko$ci LZ charakterystyczne dla r6znych tluszczow i olejow.

Tabela 5.6.l. WielkoSci LZ niektorych olejow i t luszcz6w

Rodzaj tluszczulub oleju

GgstoSc

Ikg/chn3]

Liczba zrnydlania

tm9el

Olej ln ianyOlej sojowyOlej rzepakowyTran wielorybiMaslo krowieSrnalec wieprzowyM argaryn a z tltrszczu kokosowego

0,931 - 0 ,9360,922 - 0,9340 ,910 - 0 ,91J0 ,914 - 0 ,9310,926 - 0,9440 ,914 - 0 ,9220.928 - 0.940

181 - t911 8 8 - 1 9 5161 - t19t10 - 202218 - 245r93 - 2002 4 6 - 2 1 1

Mimo iZ liczba zmydlania jest zdefiniowana jako iloSc rniligramow KOH na jeden gramtluszczu, w skali technicznej i przemyslowej stosuje siE jednostki pochodne, ale liczboworowne jednostkom wynikaj4cym z definicji LZ. I tak, w zalelnoSci od skali procesu z ia-kirni mamy do czynienia, mozna sig spotkac z nastqpuj4cyrni jednostkami liczby zmydla-nia:

analitykalaboratoriumprzemysl

mg KOlVl g tluszczug KOfVlkg tluszezukg KOFVII tluszczu.

339

5.6.2. Opis cwiczenia

Cel iwiczenia

Celem iwiczenia jest oznaczenie liczby zmydlania, ktorej wartoSi jest niezbEdna do

obliczenia i loSci wodorotlenku sodu potrzebn ej przy produkcji rnydla (patrz rozdzial3.1).

Zadania

1. Wyznaczyc liczbg zmydlania tluszczu.2. Obliczyi iloSi KOH i NaOH potrzebnE do otrzymania mydla ze 100 g tluszczu.

Sprzgt i odczynniki

SprzEt: waga analityc zna, kolby stozkowe I 50-200 .rn' z zamkniqciem na szlif,

chlodnica zwrotna wodna, elektryczny plaszcz grzejny, pipeta 25 cn't', biureta 50 cffi',

autotransformator.Odczynniki: ttuszcz roSlinny lub zwierzEcy,0,5M alkoholowy roztw6r KOH, 0,5M

roztw6r HCl, roztw6r fenoloftaleiny, porcelanka.

Wykonanie 6wiczenia

1. Na wadze analityc znej odwaryc w kolbie stozkowej (nie zanieczyszczal4c szlifu) okolo

1,8-2,0 g tluszczu z dokladnoSci4 do 0,0019 i dodai 25cm' 0,5M alkoholowego

roztworu KOH.2. W celu r6wnomiernego wrzenia dodai do kolby kilka okruszyn porcelanki.

3. Kolbq z tluszczem polqczyc ze zwrotn4 chlodnic4 wodn4 i umiescic w elektrycznym

plaszczu grzeinym.4. Plaszcz grzejny wlqczyc do sieci elektrycznej poprzez autotransfonnator (nastawa na

autotransformatorze okolo l00V) i ogrzewac zawartoSc kolby 30 minut od momentu

wrzenia.5. Po zmydleniu tluszczu iochlodzeniu zawartoSci kolby nadrniar KOH odmiareczkowac

0,5M roztworem HCI wobec fenoloftaleiny .

6. Przygotowai drug4 tak4 sam4 kolbq do wykonania Slepej proby. Odrnierzyc do niej

pipet4 25 cm3 alkoholowego roztworu KOH, wrzucii porcelanki i dalej traktowai terk

samo j ak kolb q z tluszczem (wykonai punkty 3 , 4, 5)

7. LiczbE zmydlania obliczyi zewzoru fiego wyprowadzenie podano w rozdziale 5.6.3):

r .-7 28,052 '( a - b )t 1 , =

,

gclzie: a - ob1gtoSc 0,5M roztworu HCI zttZyta na Slep4 probE [crn3],b - objqtoS6 0,5M roztworu YlCl zulyta na miareczkowartie nadtti iaru KOH po zrnyclleniLt t lttszczt-t [.*t],r: - odwazka tluszcztt [gramy].

Obliczanie i loSci wodorot lenku potasowego Iub sodowegopotrzebnego do zmydlenia okre5lonej i loSci t luszczu

W przypadku otrzymywania mydla potasowego, i loSc KOH potrzebn4 do zmydlania

przewidzranej iloSci tluszczu oblicza siE z wyrahenia.

Ills,KOH - t?I1rr,,t.' LZS KOH,ikg rt. Ig KOH]

340

gdzie: nlo,y1111 - obl iczona masa KOH [grarny],n11;r.11 - I l lasa t luszcztl [kg],LZr xorr,r,s 11 - hczba zrnycllatria [g KOH/kg tluszczu].

W przypadku otrzymywania mydla sodowego pocz4tkowo, wedlug powyzszego wzoru,

Wznacza siQ i loSi wodorotlenku potasowego mg,rcor{, 3 nastQpnie przelicza siQ go na wodo-

rotlenek sodu korzystaj Ec z proporcj i:

177 g,KoH - f l r g,NaoH

M *o, M *nou

gdzie. l f io,y1111 - obl iczona masa KOH fgrarny],t t tx,Naott - poszukiwana masa NaOH [gramy],MNu,rrr - masa molowa NaOH [g/rnol] ,Mxorr - Inasa molowa KOH [g/mol].

Przeksztalcaj4c ipodstawiaj4c wartoSci mas molowych otrzymujemy wzor pozwalaj4cy

obliczyc potrzebn4 iloSi wodorotlenku sodowego:

M rno,t t t s ,NaOH

- I t t K.KOH M r*

40,005I l1g,NaoH - tt ' t s,Kou ff i-

nx s,KoH '0,7 I 305 tg]

I'lLg,NtOIt - tll1rf,,,. ' LZg,XOH,'kg,tt. ' 0,7I 305 tg]

5.6.3. Wyprowadzenie wzoru do obliczania liczby zmydlania

Podczas oznaczania liczby zmydlania LZ lloic moli KOH wprowadzona w alkoholowymroztworze do Slepej proby i do probki z badanym tluszczem jest taka sama, gdyL rown4

iloSi roztworu odmierzamy t4 sam4 pipet4 (moze byi nie kalibrowana, na przyklad 24,5

cm3). Tq iloSc moli fta,KoH wyznacza sig miareczkuj4c Slep4 probq kwasem solnyrn o znanei

molowosci, w tym przypadku konkretnie 0,5M. Wynosi ona:

0 , 5 . arTa,KoH -

ffi [iloSi moli KOH]

gdzie: 0,5 - nrolowoSc roztworu HCl,a - objEtoSc roztworu HCI w cm3 uzyta na miareczkowattie Slepej proby.

Mtareczkowanie tym kwasem probki z tluszczem po jego zmydleniu pozwala wyznaczycnadmiar wprowadzonego KOH.Wyralony w iloSci moli ftu,xog nadmiar ten wynosi:

0 , 5 - btrb,rcou -ff i [ i loSi moli KOH]

gclzie: b objEtoSc kwasu zuZyta nazmiareczkowanie zmydlonego ttuszczu.

Pozostata czgsc KOH zosta+a zutyta przez kwasy tluszczowe zmydlonej probki. IloSi tqtt rco n wy znacza wy r azen ie :

0 , 5 . ( a - b )I l t<ou :f ta,KoH -lTb,rcou :

000

tel

Masa KOH zuZyta na zmydlenie probki ftLxon wynosi zatem'.

34r

nrxoH : t1KoH 'M rcou -o ' t ' , ( : :o ) '56,104 tg lI 000

gdzie: M xr.,rr jest mas4 I mola KOH = 56,104 g

Poniewaz (z definicj i) l iczbg zmydlania podaje siE jako masq KOH (w rnil igrarnach)potrzebn4 na zmiareczkowanie 1 g tluszczu zatetn do obliczenia liczby zrnydlaniawykorzystuj err-ry wyrazen i e :

r . 7 _ r t lKoL r ' 1000 _0 ,5 . ( a - b ) . 56 ,104 1000

t '1 ' - ,

- looL ,

kt6re po skr6ceniu przyirnuje postai:

1 a , 0 5 2 ' ( a - b )LZ = z' ')

[nrg KOH / 1g tluszczu].C

Literatura

l . I -ada Z.,RoZycki C., Prar:owtt io chetni i annLi t t , r :znej - anal iza teduicztn i i t t .s t t ' t t tnenlal t tu, WydawnictwoSzkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1990.

2. Klepaczko-Fi l ip iak 8. , Loin J. , Pra{:r twnia chetni( :uru -atnl izcr teclut i t :zt tct , Wydawnictwo Szkolne i Pcdago-giczne, Warszawa 1994.

3. Akst M., Dllowska W., Minczelvski J., Struszyriski M., Konlrola anali lyczno \v przentyile chenticzttytrt, [otn 6,Paristworve Wydawnictwo Techniczne, Warszawa I 958.

4. Strrrszyriski M., Analiza i loiciova i techniczna, Paristwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1951 .

1 A / ' \) + /