Использование поверхностно-активных веществ друг с другом или с другими соединениями называется компаундированием. При солюбилизирующем применении ПАВ, если подобрать подходящее соединение, можно значительно увеличить солюбилизирующую способность и уменьшить количество ПАВ.
Соединение с нейтральными неорганическими солями: Добавление растворимых нейтральных неорганических солей к ионным растворам ПАВ увеличивает солюбилизирующую способность веществ, солюбилизирующих углеводороды. Напротив, солюбилизация полярных веществ снижается.
Совместимость с органическими добавками: как правило, лучшие результаты достигаются при использовании жирных спиртов с атомами углерода ниже 12. Некоторые полиолы, такие как фруктоза, ксилоза, сорбит и т. д., также обладают аналогичным действием. Напротив, некоторые короткоцепочечные спирты не только не могут образовывать смешанные мицеллы с ПАВ, но и могут разрушать образование мицелл, например, спирты C1~C6. Полярные органические вещества, такие как мочевина, N-метилацетамид, этиленгликоль и т.д., повышают критическую концентрацию мицелл ПАВ.
Совместимость с водорастворимыми макромолекулами: водорастворимые макромолекулы, такие как желатин, поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль и поливинилкетон, оказывают адсорбционное действие на молекулы ПАВ, уменьшая количество свободных молекул ПАВ в растворе, и критическая концентрация мицелл, таким образом, увеличивается.
Основа компаундирования
Целью компаундирования ПАВ является достижение аддитивного и синергетического эффектов, то есть эффекта синергии. То есть различные типы ПАВ искусственно смешиваются, и эффективность смеси оказывается выше, чем у исходного отдельного компонента, что обычно называют эффектом «1+1>2».
Например, небольшое количество додецилсульфата натрия, смешанного с додеканолом, амином додеканоильного спирта и другими веществами, может улучшить его характеристики в моющих составах, такие как пенообразование, стирка, снижение поверхностного натяжения, эмульгирование и так далее.
Соединение ПАВ может давать аддитивные и синергетические эффекты, которые применяются в реальном производстве, но исследования его основной теории проводятся только в последние годы, а результаты могут служить руководством для прогнозирования аддитивного и синергетического поведения ПАВ с целью получения оптимального эффекта соединения. Тем не менее, исследования все еще находятся на начальной стадии и в основном сосредоточены на двухкомпонентной системе компаундирования.
В системе компаундирования взаимодействие между молекулами ПАВ различных типов и структур определяет работу всей системы и эффект компаундирования, поэтому изучение взаимодействия между молекулами ПАВ является основой для изучения компаундирования ПАВ.
Параметры взаимодействия между молекулами ПАВ
Два самых основных свойства ПАВ – это адсорбция ПАВ на поверхности и образование мицелл. Поэтому при возникновении аддитивных и синергетических эффектов в первую очередь изменяются поверхностное натяжение и критическая концентрация мицелл в системе. Как правило, при соединении двух ПАВ критическая концентрация мицелл в смешанной системе не равна среднему значению критических концентраций мицелл двух ПАВ, но меньше, чем критическая концентрация мицелл одного из ПАВ. Причиной этого является взаимодействие между молекулами ПАВ.
Два ПАВ, используемые в комбинации, образуют смешанный мономолекулярный слой адсорбента на поверхности и смешанные мицеллы внутри раствора. Будь то смешанный мономолекулярный адсорбционный слой или смешанные мицеллы, между двумя молекулами ПАВ существует взаимодействие. Форма и размер взаимодействия могут быть выражены параметром межмолекулярного взаимодействия β.
Значение β параметра взаимодействия между молекулами ПАВ связано со свободной энергией смешивания двух ПАВ, отрицательное значение β указывает на то, что две молекулы притягиваются друг к другу; положительное значение β указывает на то, что две молекулы отталкиваются друг от друга; значение β, близкое к 0, указывает на то, что две молекулы практически не взаимодействуют друг с другом, что близко к идеальному смешиванию. Многие ученые путем большого количества экспериментов и расчетов установили, что значение β обычно находится в диапазоне от -2 (слабое отталкивание) до -40 (сильное притяжение).
Факторы, влияющие на параметры межмолекулярного взаимодействия
Большинство смешанных систем имеют отрицательное значение β, то есть две молекулы ПАВ находятся во взаимно притягательном взаимодействии. Это притяжение в основном обусловлено межмолекулярным электростатическим притяжением, которое тесно связано со структурой молекул ПАВ и зависит от внешних факторов, таких как температура и электролит.
Влияние типа иона ПАВ
Величина взаимодействий между различными типами молекул ПАВ различна, и порядок величины таков: анион-катионные > анион-амфотерные > ионно-полиоксиэтиленовые неионные > бетаин-амфотерно-катионные > бетаин-амфотерно-полиоксиэтиленовые неионные > полиоксиэтилен-неионные-полиоксиэтилен-неионные.
Поскольку вероятность присоединения и синергизма возрастает с увеличением силы взаимодействия между двумя молекулами ПАВ, анион-катионные и анион-амфотерные комплексные системы ПАВ обладают наибольшей вероятностью присоединения и синергизма с анионными ПАВ. Катион-полиоксиэтиленовые неионные и анион-анионные комплексные системы могут оказывать аддитивное и синергетическое действие только в том случае, если оба ПАВ имеют специфическую структуру.
Влияние гидрофобных групп
Величина β становится более отрицательной с увеличением длины углеродной цепи гидрофобной группы ПАВ, а параметр межмолекулярного взаимодействия в смешанном монослое является наибольшим и притяжение наиболее сильным, когда длина углеродной цепи двух ПАВ одинакова. Напротив, значение β в смешанных мицеллах увеличивается с ростом суммы длин углеродных цепей.
Влияние значения PH среды
Тип примеров амфотерных ПАВ в водном растворе зависит от pH среды. Когда рН раствора ниже изоэлектрической точки, он существует в виде катиона и взаимодействует с анионными ПАВ через катионы. Таким образом, при увеличении щелочности или pH среды амфотерные ПАВ постепенно превращаются в электрически нейтральные молекулы или даже отрицательные ионы, и сила взаимодействия с анионными ПАВ уменьшается.
По этой же причине амфотерные ПАВ, которые по своей природе являются менее щелочными и обладают слабой способностью приобретать протоны, также меньше взаимодействуют с анионными ПАВ.
Эффект от добавления неорганических электролитов
Добавление неорганических электролитов уменьшает силу межмолекулярного взаимодействия в смешанной системе ионных ПАВ и неионных ПАВ на основе полиоксиэтилена, что свидетельствует о наличии электростатических сил между молекулами этих двух типов ПАВ.
Влияние температуры
Как правило, межмолекулярные силы уменьшаются с ростом температуры в диапазоне 10-40 °C.
Значение параметра взаимодействия β
На параметр взаимодействия β влияет множество факторов. Поняв значение этого параметра и факторы, влияющие на него, необходимо в дальнейшем использовать его для определения того, возникает ли эффект соединения после смешивания двух ПАВ, а если возникает аддитивный и синергетический эффект, то при каком молярном соотношении двух ПАВ возникает максимальный аддитивный и эффект и как зависит природа системы. В этом и заключается смысл введения параметра взаимодействия β.
Критерии возникновения аддитивного и синергетического эффектов
Самой основной природой ПАВ является снижение поверхностного натяжения и образование мицелл, измерение величины активности ПАВ в основном заключается в исследовании степени снижения поверхностного натяжения раствора и величины критической концентрации мицелл. Как правило, поверхностно-активные вещества с хорошей эффективностью могут снижать поверхностное натяжение раствора до очень низкой степени и образовывать мицеллы при низкой концентрации.
Снижение поверхностного натяжения
В контексте снижения поверхностного натяжения аддитивный синергизм означает, что сумма концентраций двух ПАВ, необходимых для снижения поверхностного натяжения раствора до определенного уровня, ниже, чем концентрация, необходимая для использования одного из ПАВ в сложной системе в отдельности. Если эта концентрация выше, чем та, которая требуется для одного из ПАВ, то имеет место отрицательный аддитивный синергетический эффект.
Образование смешанных мицелл
Если критическая концентрация мицелл водного раствора системы компаундирования для образования смешанных мицелл ниже критической концентрации мицелл любого из отдельных ПАВ, говорят о положительном аддитивном и синергетическом эффекте; если критическая концентрация мицелл смеси выше, чем у любого из отдельных компонентов, говорят об отрицательном аддитивном и синергетическом эффекте.
Всестороннее рассмотрение
Снижение поверхностного натяжения и образование смешанных мицелл в комплексном рассмотрении, положительный плюс и синергетический относится к двум ПАВ комплексной системы в смешанных мицеллах критической мицеллярной концентрации поверхностного натяжения ниже, чем любой из ПАВ в критической мицеллярной концентрации поверхностного натяжения, и, наоборот, он будет производить отрицательный плюс и синергетический эффект.
Как видно, введение параметра межмолекулярного взаимодействия позволяет качественно понять взаимодействие между двумя молекулами ПАВ, их взаимное притяжение или отталкивание, а также силу взаимодействия. По соответствующим формулам можно рассчитать и определить, производят ли два ПАВ эффект соединения после смешивания, а также рассчитать состав системы соединения, т.е. соотношение двух ПАВ, при достижении максимального аддитивного эффекта, что дает теоретическое руководство по применению системы соединения ПАВ.
Система компаундирования ПАВ
Помимо снижения поверхностного натяжения и образования мицелл, ПАВ играют множество важных ролей в практическом применении, таких как стирка, пенообразование, солюбилизация и смачивание. До сих пор не существует зрелого теоретического руководства по аддитивным и синергетическим эффектам в этих аспектах, но был обобщен некоторый опыт практического применения, т.е. аддитивные и синергетические эффекты часто связаны с уменьшением поверхностного натяжения или образованием мицелл в определенной степени.
Анион-анионная система соединения ПАВ
Этот вид системы соединения, при наличии аддитивного и синергетического эффекта, позволяет снизить поверхностное натяжение, улучшить моющие свойства, обеззараживание, смачиваемость и эмульгирование, а также снизить точку Крафта. Однако следует отметить, что соединение этой системы будет давать аддитивный и синергетический эффект только в том случае, если оно имеет определенную структуру.
Система компаундирования анионно-катионных ПАВ
Сила межмолекулярного взаимодействия анионного и катионного ПАВ сильнее, их сложная система в снижении поверхностного натяжения, образовании смешанных мицелл показала сильный аддитивный и синергетический эффект, в смачивающих свойствах, стабилизации пены, эмульгирующих свойствах и других аспектах также была значительно улучшена. В настоящее время такая система соединения широко используется для мягкой и антистатической обработки волокон и тканей, стабилизации пены и эмульсии.
Однако следует отметить, что эти два типа соединения ПАВ легко приводят к образованию нерастворимых солей, выпадающих в осадок из раствора, тем самым теряя поверхностную активность, поэтому к выбору вида ПАВ следует подходить с осторожностью.
Анионно-амфотерная система соединения ПАВ
Эта система из двух молекул ПАВ с ролью среды кислотности и щелочности пены высотой существования максимального значения для снижения поверхностного натяжения природы также оказывается максимальным плюсом и синергетическим эффектом.
Комплексная система анионно-неионогенных ПАВ
Данный тип сложной системы может либо увеличивать, либо уменьшать солюбилизирующий эффект мицелл. Проявление различных солюбилизирующих эффектов связано с взаимодействием двух молекул ПАВ и формой смешанных мицелл. Обычно считается, что если углеводородная цепь неионогенного ПАВ длиннее, а количество этиленоксидных добавок меньше, то при соединении с анионными ПАВ легко образуются смешанные мицеллы. Если углеводородная цепь короче, а количество добавок этиленоксида больше, то легко образуются два типа мицелл, богатые анионами ПАВ и богатые неионами ПАВ, и они сосуществуют в растворе.
Комплексная система катион-неионогенное ПАВ
Добавление неионного ПАВ в раствор катионного ПАВ может значительно снизить критическую концентрацию мицелл. Это происходит в результате взаимодействия ионных групп катионного ПАВ с полярными полиоксиэтиленовыми группами неионогенного ПАВ.
Система компаундирования неионно-катионных ПАВ
Большинство полиоксиэтиленовых неионогенных ПАВ сами по себе являются смесью, их свойства и одного вещества имеют большую разницу, обычно это одна и та же гидрофобная группа, количество этиленоксида при добавлении двух неионогенных ПАВ схоже со смешиванием идеального раствора, легко образуется смесь мицелл, а гидрофильность смеси равна среднему значению двух веществ, когда количество этиленоксида при добавлении двух ПАВ и гидрофильность отличаются, гидрофильность смеси выше среднего значения двух веществ. Когда разница между количеством добавок этиленоксида и гидрофильностью двух ПАВ велика, гидрофильность смеси выше среднего значения двух веществ, и маслорастворимые сорта, скорее всего, будут солюбилизированы в мицеллах водорастворимых ПАВ.
Короче говоря, когда соединение дает аддитивный и синергетический эффект, различные свойства ПАВ улучшаются и усиливаются. По мере углубления теории в этой области их применение будет становиться все более широким и играть все большую роль в различных областях народного хозяйства.
* Отказ от ответственности: Содержимое этой статьи взято из Интернета, публичного номера WeChat и других публичных каналов, мы сохраняем нейтральное отношение к взглядам, выраженным в статье. Эта статья предназначена только для ознакомления и общения. Авторские права на воспроизведенную рукопись принадлежат автору и организации, в случае их нарушенияДля удаления свяжитесь с компанией Jetson Chemical
