Реферат: Экология пищевых продуктов
Поверхностно-активные вещества имеют дифильное строение , т.е. они содержат в молекулах одновременно гидрофобную и гидрофильную группы. В качестве гидрофобной группы обычно выступает углеводородный радикал, содержащий 10-18 углеродных атомов, чаще всего линейного строения. К гидрофильным группам могут относиться -СООН, -СООNа, -SОзNа, -ОН, -NН2 и др. Если гидрофобные группы не растворяются в воде и стараются «оттолкнуться» от нее, то гидрофильные, наоборот, легко взаимодействуют с ней. В связи с этим молекулы поверхностно-активных веществ, например, мыла располагаются на границе раздела фаз (в поверхностном слое) таким образом, что гидрофильные группы направлены к воде и растворены в ней, а гидрофобные - выталкиваются из нее. Чаще всего молекулу поверхностно-активного вещества изображают в виде палочки с утолщением на конце.
Анионные ПАВ
Из поверхностно-активных веществ большую по численности группу составляют анионные ПАВ. Они широко применяются для производства синтетических моющих средств (СМС).
Анионные ПАВ - это такие вещества, которые диссоциируют в водных растворах на длинноцепочечные анионы, обеспечивающие поверхностную активность этих растворов, и катионы, влияющие только на растворимость этих веществ. К таким веществам относят обычные мыла, алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, апкилсульфаты и др.
Рассмотрим подробнее эти соединения.
Мыла - калиевые или натриевые соли высших алифатических кислот, обладающие поверхностно-активными свойствами. Их существенным недостатком является сравнительно плохая моющая способность в жесткой воде.
Алкилсулъфонаты получают с помощью реакций сульфохлорирования, сульфоокисления предельных углеводородов, их можно также синтезировать из алкенов, присоединением к ним гидросульфита натрия, или окислением тиолов (меркаптанов) и последующей нейтрализацией полученных сульфокислот. Алкилсульфонаты широко используют в составе СМС. Они обладают высокой эмульгирующей и смачивающей способностью.
Алкшарилсулъфонаты (сульфонолы) проявляют высокую поверхностную активность. Они химически устойчивы, сравнительно дешевы и эффективны. В качестве ПАВ применяют моно- и диалкилбензолсульфонаты и моно- и диалкилнафталинсульфонаты.
Синтез алкиларилсульфонатов осуществляется в две стадии: вначале получают алкилированные ароматические углеводороды, а затем их сульфируют олеумом или серным ангидридом в бензольное ядро. Полученные продукты нейтрализуют раствором гидроксида натрия.
Поверхностно-активные свойства алкиларилсульфонатов зависят от длины алкильной цепи, ее строения и положения в ароматическом ядре. Алкиларилсульфонаты с разветвленной алкильной цепью лучше понижают поверхностное натяжение, чем их гомологи нормального строения. Однако они труднее подвергаются биологическому разложению, что ограничивает их производство и применение. Хорошей растворимостью и моющей способностью обладают алкиларилсульфонаты с алкильной цепью, содержащей 12-15 углеродных атомов.
Алкилсулъфаты могут быть получены сульфатированием высших алифатических спиртов с последующей нейтрализацией. Так получают первичные алкилсульфаты, вторичные алкилсульфаты можно получать из алкенов при действии на них концентрированной серной кислоты. Нейтрализацией образовавшихся кислот получают соответствующие соли.
Как первичные, так и вторичные алкилсульфаты характеризуются прекрасными моющими свойствами, значительно превосходя в этом отношении обычные мыла. Они дают обильную пену и понижают поверхностное натяжение. Их растворимость уменьшается с ростом молекулярной массы. При этом гидрофильные группы, расположенные в середине цепи, улучшают смачивающую способность, а стоящие на концах - моющее действие.
Из других анионактивных веществ можно отметить натриевые соли эфиров сульфоянтарной кислоты (сулъфосукцинаты) , получаемые из малеиновой кислоты или ее ангидрида. Они применяются в качестве смачивателей, причем эта способность, а также их растворимость понижаются с увеличением числа углеродных атомов в радикале. Свойства этих эфиров также зависят от степени этерификации.
Катионные ПАВ
Катионные ПАВ диссоциируют в водных растворах с образованием более объемного, чем у анионактивных веществ, катиона, который обусловливает поверхностную активность растворов.
К катионоактивным веществам относятся аминосоединения, аммониевые, сульфониевые и фосфониевые соединения.
Катионоактивные вещества обычно получают из высших первичных аминов, которые при взаимодействии с галогеналкилами образуют водорастворимые катионоактивные четвертичные аммониевые соединения.
Катионоактивные вещества по сравнению с анионактивными и неионогенными вырабатывают в промышленности в меньшем количестве.
Четвертичные аммониевые соединения понижают поверхностное натяжение, обладают хорошей эмульгирующей и смачивающей способностью, но пенообразующая и моющая способность их незначительна. Для получения препаратов, обладающих одновременно хорошими моющими и дезинфицирующими свойствами, четырехзамещенные аммониевые соединения смешивают с неиногогенными.
Катионоактивные вещества могут быть получены также на основе пиридина.
Неионогенные ПАВ
Неионогенные ПАВ в водном растворе не образуют ионов. Их растворимость в воде обусловлена функциональными группами, имеющими гидрофильный характер. В отличие от ионогенных ПАВ в гомологических рядах этих соединений может изменяться не только гидрофобная, но и гидрофильная часть молекулы. Этим и объясняется большое разнообразие их свойств.
Большинство неионогенных оксида этилена со спиртами, алкилфенолами и др.
Полиоксиэтиленовые эфиры алкилфенолов - самая многочисленная и распространенная группа неионогенных ПАВ. Па их основе вырабатывают препараты ОП-4, ОП-7, ОП-10, ОП-20. Первый препарат хорошо растворяется в нефтяных маслах и различных органических средах, а остальные три - в воде. Цифры 4, 7, 10 и т.д. показывают число молекул оксида этилена, затраченных на алкилирование. Следует, однако, отметить, что ОП-7 и ОП-10 трудно поддаются биологическому разложению.
К неионогенным ПАВ относятся моно- и диэфиры сахарозы, которые по моющей способности не уступают додецилбензолсульфонату, а в жесткой воде даже превосходят его. Эти эфиры не токсичны и не имеют запаха и вкуса. Они легко разрушаются бактериями в сточных водах. Все это позволяет применять их в пищевой и фармацевтической промышленности.
Неионогенные вещества обладают высокой поверхностной активностью. Их смачивающая способность повышается с увеличением длины полиоксиэтиленовой цепи, однако до известного предела.
Амфолитные (амфотерные) ПАВ содержат одновременно анионо-и катионоактивные группы. Амфолитные ПАВ можно сравнить с амфотерными неорганическими солями. Они могут быть синтезированы из высших алифатических аминов конденсацией их с оксидом этилена и последующим сульфатированием, или взаимодействием аминов с хлоруксусной кислотой.
В кислой среде эти ПАВ ведут себя как катионы, а в щелочной - как анионы.
Амфолитные ПАВ хорошо растворимы в воде, но их растворимость уменьшается с увеличением числа углеродных атомов в цепи. Они являются ингибиторами коррозии.