Полярными группами в анионных ПАВ обычно служат карбоксилатные, сульфатные, сульфонатные и фосфатные группы. На рис. 1 представлены структуры молекул наиболее распространенных ПАВ этого класса.

Анионные ПАВ используются в значительно больших объемах, чем ПАВ других типов. По приблизительной оценке мировое производство ПАВ составляет 10 млн. т в год, из них 60% приходится на долю анионных ПАВ.

Рис. 1. Структуры некоторых типичных анионных ПАВ

Главная причина популярности этих ПАВ - простота и низкая стоимость производства. Анионные ПАВ входят в состав большинства моющих средств, причем наилучшим моющим действием обладают ПАВ с алкильными или алкиларильными группами, содержащими в гидрофобной цепи 12-18 атомов углерода.

В качестве противоионов обычно выступают ионы Na + , К + , NH4 + , Са 2+ и различные протонированные алкиламины. Ионы натрия и калия усиливают растворимость ПАВ в воде, в то время как ионы кальция и магния способствуют увеличению растворимости ПАВ в масляной фазе. Протонированные амины и алканоламины обеспечивают растворимость ПАВ в обеих фазах.

Мыла также составляют огромный класс ПАВ. Они производятся путем омыления природных масел и жиров. Обычно мылами называют соли щелочных металлов карбоновых кислот, получаемых из животных жиров или растительных масел. Твердые мыла, как правило, содержат жирные кислоты, которые получают из таллового, пальмового и кокосового масел. При использовании в оптимальных условиях мыла являются идеальными ПАВ. Главный их недостаток - чувствительность к жесткой воде, что и определило необходимость создания синтетических ПАВ. Весьма специфическое применение находит литиевая соль жирной кислоты, а именно 12-гидроксистеарат лития, который используется в качестве основного компонента смазок.

Алкилбензолсульфонаты составляют группу синтетических ПАВ, которые принято считать основными «рабочими лошадками». Они широко используются в моющих средствах бытового назначения, а также в самых разных областях промышленности. Их получают в процессе сульфирования алкилбензолов. В крупномасштабном синтезе в качестве сульфирующего агента чаще всего используется триоксид серы, но возможно использование и других веществ например серной кислоты, олеума, хлорсульфоновой, или амидосульфоновой кислот. В ряде случаев они оказываются даже более предпочтительными. Промышленный синтез осуществляется в непрерывном процессе с использованием пленочного аппарата со свободно стекающей пленкой. На первой стадии процесса образуется пиросульфоновая кислота, которая медленно и самопроизвольно реагирует далее, образуя сульфоновую кислоту.

Затем сульфокислоту нейтрализуют каустической содой, при этом образуется соль алкилбензолсульфоната. Из-за большого объема алкильных заместителей образуются почти исключительно и-сульфокислоты. На представленной выше схеме R - это алкильная группа, обычно содержащая 12 атомов углерода. Первоначально в качестве промежуточного продукта при синтезе ПАВ использовались разветвленные алкилбензолы, но в настоящее время они почти полностью заменены на линейные производные, поэтому такие ПАВ называют линейными алкилбензолсульфонатами. Отказ от разветвленных производных и замена их на линейные обусловлены главным образом их более быстрой биодеградацией. Алкилбензолы в свою очередь получают алкилированием бензола н-алкенами или алкилхлоридами при использовании HF или AICI3 в качестве катализаторов. В результате реакции образуется смесь изомеров с фенильной группой, присоединенной к одному из неконцевых положений в алкильной цепи.

Другим типом сульфонатных ПАВ, применяемых в составе моющих средств, являются сульфонаты парафинов и а-олефинов, последние часто называют AOS. В общих случаях получаемые ПАВ представляют собой сложные смеси веществ, различающихся по физико-химическим свойствам. Сульфонаты парафинов, или вторичные сульфонаты н-алканов, в основном производят в Европе. Их получают, как правило, сульфоокислением парафиновых углеводородов диоксидом серы и кислородом при облучении ультрафиолетовым светом. В более старом процессе, который, однако, еще используется, сульфонаты парафинов получают по реакции сульфохлорирования. Оба процесса относятся к радикальным реакциям, а так как вторичные атомы углерода образуют более стабильные свободные радикалы, чем первичные атомы углерода, сульфогруппа вводится статистически к любому неконцевому атому углерода алкановой цепи. Смесь углеводородов С 14 -С 17 , иногда называемая «Евро-фракция», является наиболее распространенным гидрофобным сырьем, а конечные продукты в этом случае представлены очень сложными смесями изомеров и гомологов.

Сульфонаты а-олефинов получают по реакции линейных а-олефинов с три-оксидом серы; в результате получается смесь алкенсульфонатов, 3- и 4-гидроксиалкансульфонатов и некоторого количества дисульфонатов и других веществ. В качестве исходного сырья используют в основном две оле-финовые фракции: С 12 -С 16 и С 16 -С 18 . Отношение алкенсульфонатов к гидро-ксиалкансульфонатам в некоторой степени регулируется соотношением количеств вводимых в реакционную смесь SO 3 и олефинов: чем выше это соотношение, тем больше образуется алкенсульфоновой кислоты. Образование гидроксиалкансульфокислоты происходит через промежуточный циклический сультон, который затем расщепляется щелочью. Сультон токсичен, поэтому важно, чтобы его концентрация в конечном продукте была очень низкой. Схему получения можно записать следующим образом:

Дисульфосукцинат натрия - алкилсульфонатное ПАВ, широко используемое в исследованиях химии поверхных явлений. Это ПАВ благодаря объемной гидрофобной группе особенно удобно для получения микроэмульсий «вода в масле».

Изетионатные ПАВ с общей формулой R-COOC^C^SO^Na* являются сложными эфирами жирных кислот и соли изетионовой кислоты. Они относятся к наиболее мягким ПАВ и применяются в косметических рецептурах.

Сульфонатные ПАВ, получаемые сульфированием лигнина, нефтяных фракций, алкилнафталинов или других дешевых углеводородных фракций, находят широкое промышленное применение в качестве диспергаторов, эмульгаторов, деэмульгаторов, пеногасителей, смачивателей и т. д.

Сульфированные сирты и этоксилированные спирты составляют другую важную группу анионных ПАВ, нашедших широкое применение в моющих средствах. Это моноэфиры серной кислоты, в которых сложноэфирная связь очень лабильна и относительно легко разрывается при низких рН в результате автокаталитического гидролиза. В качестве сырья для этого типа ПАВ используют линейные и разветвленные спирты с числом атомов углерода от 8 до 16. При использовании линейного спирта с 12 атомами углерода получают додециловый эфир серной кислоты, а после нейтрализации каустической содой образуется додецилсульфат натрия - наиболее важное ПАВ такого типа. Этоксилированные спирты, обычно используемые в качестве промежуточных продуктов, представляют собой алифатические спирты с двумя или тремя оксиэтиленовыми звеньями. Процесс аналогичен рассмотренному выше сульфированию. В промышленном производстве в качестве реагента используют триоксид серы,

и аналогично сульфированию реакция протекает через стадию образования в качестве промежуточного продукта пиросульфата:

Синтез сульфатных эфиров этоксилированных спиртов проводят подобным образом. Реакция обычно сопровождается образованием заметного количества 1,4-диоксана. Поскольку диоксан токсичен, от него необходимо освобождаться перегонкой. Такие ПАВ обычно называют этоксилированными алкилсульфатами. Они обладают хорошими пенообразующими свойствами, малотоксичны по отношению к коже и глазам и поэтому находят применение в составах моющих средств для посуды и шампуней.

Этоксилированные спирты можно превращать в карбоксилаты, т. е. этоксилированные алкилкарбоксилаты. Традиционно это делали с использованием монохлорацетата натрия:

Реакция Вильямсона обычно протекает с небольшим выходом. Более новые методы синтеза основаны на окислении этоксилированных спиртов кислородом или пероксидом водорода в щелочной среде с использованием в качестве катализатора платины или палладия. В этой реакции с хорошим выходом происходит конверсия этоксилатов, но возможна также окислительная деградация полиоксиэтиленовой цепи. Этоксилированные алкилкарбоксилаты применяются при производстве продуктов личной гигиены или в качестве ко-ПАВ в составах различных жидких моющих средств. Подобно этоксилированным алкилсульфатам, этоксилированные алкилкарбоксилаты устойчивы в очень жесткой воде. ПАВ обоих типов обладают также хорошей способностью к диспергированию кальциевых мыл, что очень важно для ПАВ, входящих в состав средств личной гигиены. Способность диспергировать кальциевые мыла обычно выражают как количество ПАВ, которое требуется для диспергирования кальциевого мыла, полученного из 100 г олета натрия в воде с жесткостью, эквивалентной 0,0333% СаСОз.

Важнейшие сведения об анионных ПАВ

1. Анионные ПАВ - самый распространенный класс ПАВ.

2. Обычно анионные ПАВ несовместимы с катионными ПАВ.

3. Они чувствительны к жесткой воде, причем чувствительность уменьшается в ряду карбоксилаты > фосфаты > сульфаты « сульфонаты.

4. Введение короткой полиоксиэтиленовой цепи между анионной группой и углеводородным радикалом значительно увеличивает устойчивость анионных ПАВ к солям.

5. Введение короткой полиоксипропиленовой цепи между анионной группой и углеводородным радикалом увеличивает растворимость ПАВ в органических средах, но одновременно может приводить к уменьшению скорости биоразложения ПАВ.

6. Сульфатные ПАВ в результате автокаталитического гидролиза быстро гидролизуются в кислых средах. ПАВ других типов устойчивы в не слишком жестких условиях.

Все коммерческие фосфатные ПАВ содержат сложные моно- и диэфиры фосфорной кислоты, причем относительное содержание этих компонентов широко варьируется в зависимости от производителя. Поскольку физико-химические свойства алкилфосфатных ПАВ зависят от соотношения различных эфиров, алкилфосфаты от разных производителей менее взаимозаменяемы, нежели ПАВ других типов. В качестве фосфорилирующего агента для производства алкилфосфатных ПАВ можно использовать оксихлорид фосфора POCI 3 . В этом случае также образуется смесь моно- и диэфиров фосфорной кислоты.

Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ ) - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения .

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность - способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз - это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю. Однако, ПАВ имеет предел растворимости (так называемую критическую концентрацию мицеллообразования или ККМ), с достижением которого при добавлении ПАВ в раствор концентрация на границе раздела фаз остается постоянной, но в то же время происходит самоорганизация молекул ПАВ в объёмном растворе (мицеллообразование или агрегация). В результате такой агрегации образуются так называемые мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ, при мицеллообразовании также приобретают голубоватый оттенок (студенистый оттенок) за счёт преломления света мицеллами.

• Методы определения ККМ:

1. Метод поверхностного натяжения
2. Метод измерения контактного угла с тв. или жидкой поверхностью (Contact angle)
3. Метод вращающейся капли (Spindrop/Spinning drop)

Строение ПАВ

Классификация ПАВ

• Ионогенные ПАВ
  • Катионные ПАВ
  • Анионные ПАВ
  • Амфотерные

• Неионогенные ПАВ
  • Алкилполиглюкозиды
  • Алкилполиэтоксилаты

Влияние ПАВ на компоненты окружающей среды

ПАВ делятся на те, которые быстро разрушаются в окружающей среде и те, которые не разрушаются и могут накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. Один из основных негативных эффектов ПАВ в окружающей среде - понижение поверхностного натяжения . Например в океане изменение поверхностного натяжения приводит к снижению показателя удерживания CO 2 и кислорода в массе воды. Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы . Однако при адсорбировании ПАВ на поверхности частичек земли/песка степень/скорость их деградации снижаются многократно. Так как почти все ПАВ, используемых в промышленности и домашнем хозяйстве, имеют положительную адсорбцию на частичках земли, песка, глины, при нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов , удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека.

Области применения

Библиография

• Абрамзон А. А., Гаевой Г. М. (ред.) . - Л.: Химия, 1979. - 376 с.
• Паршикова Т. В. как фактор регуляции развития водорослей. - Киев: Фитосоциоцентр, 2004. - 276 с. (на укр. яз.) ISBN 966-306-083-8 .
• Остроумов С. А. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы. - М.: МАКС-Пресс, 2001. - 334 с. ISBN 5-317-00323-7 .
• Ставская С. С., Удод В. М., Таранова Л. А., Кривец И. А. Микробиологическая очистка воды от поверхностно-активных веществ. - Киев: Наук. думка, 1988. - 184 с. ISBN 5-12-000245-5 .

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

• NetBSD
• Теоремы Гёделя о неполноте

Смотреть что такое "Поверхностно-активные вещества" в других словарях:

Поверхностно-активные вещества - (a. surfactants; н. grenzflachenaktive Stoffe, oberflachenaktive Stoffe; ф. substances tensio actives; и. surfac tantes), вещества c асимметричной мол. структурой, молекулы к рых имеют дифильное строение, т.e. содержат лиофильные и… … Геологическая энциклопедия

Поверхностно-активные вещества - вещества, способные накапливаться (сгущаться) на поверхности соприкосновения двух тел, называемой поверхностью раздела фаз, или межфазной поверхностью. На межфазной поверхности П. а. в. образуют слой повышенной концентрации адсорбционный… … Большая советская энциклопедия

поверхностно-активные вещества - поверхностно активные вещества (ПАВ) детергенты – вещества, снижающие поверхностное натяжение. Оказывая влияние на пограничные слои клеток, нарушают функции цитоплазматической мембраны и вследствие этого способны задерживать рост… … Словарь микробиологии

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА - вещества, способные адсорбироваться на поверхности раздела двух фаз, понижая её поверхностное натяжение. К П. а. в. относятся органич. соединения с асимметричной мол. структурой, молекулы к рых содержат ат. группы, резко различающиеся характером… … Физическая энциклопедия

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА - (ПАВ) химические соединения, способные адсорбироваться на границе раздела фаз, одна из которых обычно вода, и снижать поверхностное натяжение. Молекулы ПАВ состоят из углеводородного радикала (от 4 до 20 СН2 групп) и полярной группы (ОН, СООН,… … Большой Энциклопедический словарь

поверхностно-активные вещества - ПАВ Вещ ва, способные адсорбироваться на поверхности раздела фаз и вызывать снижение поверхн. (межфазного) натяжения. Типичные ПАВ — органич. соединения, молекулы к рых содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и гидрофобные) ат … Справочник технического переводчика

Поверхностно-активные вещества. - 0.10.4.2. Поверхностно активные вещества. Допускается использование ПАВ в соответствии со title= Автомобильные дороги для приготовления асфальтобетонных смесей. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Поверхностно-активные вещества - ПАВ - являются основой всех моющих средств: шампуней, жидкого мыла, гелей для душа, пенок для умывания, муссов и т.п.

Прямое назначение ПАВ - растворять жиры при умывании. Встраиваясь в обширные жировые отложения, ПАВ дробят их на мелкие капли, которые легко смываются водой. Обычно они используются для усиления действия других эмульгаторов. Также благодаря ПАВ, очищающие средства типа пенок и гелей для умывания так хорошо пенятся.

ПАВ делятся на группы:

1. анионные - в водном растворе распадаются с образованием отрицательно заряженных ионов; (SLS, SLES, ammonium laureth sulfate, sodium lauryl sarcosinate, potassium laurate, disodium oleate...)

2. катионные - в водном растворе распадаются с образованием положительно заряженных ионов (benzalkonium chloride, cetrimonium chloride, cetrimonium bromide...)

3. неионогенные - в водном растворе не образуют ионов (peg-7 gluceryl cocoate, lauryl glucoside, cocoglycerides, cocamid DEA, peg-3 distearate, оксиэтиллированные спирты...)

4. амфотерные - в водном растворе, в зависимости от рН среды могут проявлять катионные (в кислой среде рН<7) или анионные свойства (в щелочной среде рН>7), (производные бетаина - cocamidopropyl betain, кокоамфо(ди)ацетат).

Анионные ПАВ наиболее распространённые - они недорогие, хорошо пенятся, но достаточно жёсткие, моющие средства только на их основе сушат кожу. Чтобы смягчить состав, к ним в смесь нужны амфотерные и неионогенные ПАВ.

Молекула анионных ПАВ содержит водорастворимую (гидрофильную) часть, заряженную отрицательно и жирорастворимую (гидрофобную), нейтральную. Жирорастворимая часть молекулы связывает и обволакивает частицы грязи и секрет сальных желез. Водорастворимая часть молекулы ориентируется в сторону от волоса, который несет отрицательный заряд, в результате чего частицы грязи, соединенные с поверхностно-активным веществом, отторгаются волосом, растворяются в воде и удаляются.

Неионогенные ПАВ используют в составе для улучшения консистенции, характеристик, придания волосам шелковистости и мягкости . Чаще других применяют оксиэтилированные спирты, оксиэтилированное касторовое масло, эфиры пропиленгликоля высокомолекулярных жирных кислот. Типичным представителем оксиалкиламидов является нередко встречающийся в шампунях диэтаноламид лауриновой кислоты. Неионогенные ПАВ вызывают менее выраженный денатурирующий эффект, чем анионные, однако обладают большей проникающей способностью в кожу.

Амфотерные ПАВ - мягкие и дорогие - но только на одних этих ПАВ косметическое средство плохо пенится, точнее хуже, чем только на анионных. Именно поэтому производители делают смесь из ПАВ. Амфотерные ПАВ используются в комбинации с анионными ПАВ для получения мягкой моющей субстанции.

Катионные ПАВ обладают слабым моющим эффектом, используются как добавки. Имея различный заряд с анионными ПАВ, они нейтрализуют их агрессивное воздействие. Такая смесь особенно нужна в шампунях. Анионные и катионные плохо соединяются, поэтому в качестве нейтрализатора (кондиционера) в шампуни часто добавляют силиконы, гуаровые смолы, поликватерниум. Они снимают с волос отрицательный заряд, обеспечивают антистатический эффект.

При нанесении на кожу ПАВ действуют на липидный барьер кожи так же, как на все другие жировые образования, — встраиваются в него, нарушают его упорядоченную структуру и разбивают на отдельные капельки. ПАВ могут проникнуть довольно глубоко в кожу, вплоть до клеток зародышевого слоя эпидермиса, что, конечно, не полезно кожи. ПАВ часто являются причиной аллергических реакций раздражения кожи. Токсический и раздражающий потенциал у всех ПАВ разный. Ha более токсичны катионные и анионные ПАВ, неионогенные ПАВ более мягкие. Классическим раздражителем кожи считается лаурилсульфат натрия. А вот его аналог - лауретсульфат натрия - существенно мягче.

И все же из способности ПАВ разрушать липидный барьер кожи можно извлечь пользу. Дело в том, что многие активные добавки водорастворимы и не могут самостоятельно проникнуть через эпидермальный барьер. Разрушая липидные пласты между роговыми чешуйками, ПАВ повышают проницаемость эпидермального барьера, позволяя другим веществам пройти сквозь него до более глубоких слоев кожи.

ПАВ удаляют с очищаемых поверхностей грязь и жир, что иссушает кожу и приводит к снижению защитных функций. В результате нарушения целостности эпидермальных липидов понижается содержание НУФ - натурального увлажняющего фактора в роговом слое. Кожа становится сухой, ее эластичность снижается. Проникновение ПАВ в более глубокие слои кожи вызывает ее сенсибилизацию (с нижение барьерных функций ), что впоследствии может привести к возникновению аллергического процесса.

А.Марголина , Е.Эрнандес "Новая косметология

До изобретения мыла жир и грязь с кожи удаляли золой и мелким речным песком. Египтяне умывались смешанной с водой пастой на основе пчелиного воска. В Древнем Риме при мытье пользовались мелко истолченным мелом, пемзой, золой. Видимо, римлян не смущало, что при таких омовениях вместе с грязью можно было «соскоблить» и часть самой кожи. Заслуга в изобретении мыла принадлежит, вероятно, галльским племенам. По свидетельству Плиния Старшего, из сала и золы букового дерева галлы делали мазь, которую применяли для окрашивания волос и лечения кожных заболеваний. А во II веке ее стали использовать в качестве моющего средства.

Христианская религия считала мытье тела делом «греховодным». Многие «святые» были известны только тем, что всю свою жизнь не умывались. Но люди давно заметили вред и опасность для здоровья загрязнения кожи. Уже в 18 веке на Руси было налажено мыловарение, а в ряде европейских стран еще раньше.

Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на протяжении многих веков. Сначала составляется жировая смесь, которую расплавляют и омыляют – варят со щелочью. Для гидролиза жира в щелочной среде берется немного топленого свиного сала, около 10 мл этилового спирта и 10 мл раствора щелочи. Сюда же добавляют поваренную соль и нагревают полученную смесь. При этом образуются мыло и глицерин. Соль добавляют для осаждения глицерина и загрязнений. В мыльной массе образуется два слоя – ядро (чистое мыло) и подмыленный щелок.

Также получают мыло в промышленности.

Омыление жиров может протекать и в присутствии серной кислоты (кислотное омыление). При этом получаются глицерин и высшие карбоновые кислоты. Последние действием щелочи или соды переводят в мыла. Исходным сырьем для получения мыла служат растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), животные жиры, а также гидроксид натрия или кальцинированная сода. Растительные масла предварительно подвергаются гидрогенизации, т. е. их превращают в твердые жиры. Применяются также заменители жиров — синтетические карбоновые жирные кислоты с большой молекулярной массой. Производство мыла требует больших количеств сырья, поэтому поставлена задача получения мыла из не пищевых продуктов. Необходимые для производства мыла карбоновые кислоты получают окислением парафина. Нейтрализацией кислот, содержащих от 9 до 15 углеродных атомов в молекуле, получают туалетное мыло, а из кислот, содержащих от 16 до 20 атома углерода, — хозяйственное мыло и мыло для технических целей.

Состав мыла

Обычные мыла состоят главным образом из смеси солей пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла, калиевые соли — жидкие мыла.

Мыло – натриевые или калиевые соли высших карбоновых кислот,
полученные в результате гидролиза жиров в щелочной среде

Строение мыла можно описать общей формулой:

R – COOМ

где R – углеводородный радикал, M – металл.

Преимущества мыла:

а) простота и удобство в использовании;

Б) хорошо удаляет кожное сало

В) обладает антисептическими свойствами

Недостатки мыла и их устранение:

недостатки	способы устранения
1. Плохая моющая способность в жесткой воде, содержащей растворимые соли кальция и магния. Так как при этом выпадают в осадок нерастворимые в воде соли высших карбоновых кислот кальция и магния. Т.е. при этом требуется большой расход мыла.	1. В состав мыла вводят вещества-комплексообразователи, способствующие смягчению воды (натриевые соли этилендиамин-тетрауксусной кислоты - ЭДТК, ЭДТА, ДТПА).
2. В водных растворах мыло частично гидролизуется, т.е. взаимодействует с водой. При этом образуется определенное количество щелочи, которая способствует расщеплению кожного сала и его удалению. Калиевые соли высших карбоновых кислот (т.е. жидкое мыло) лучше растворяются в воде и поэтому обладают более сильным моющим действием. Но при этом оказывает вредное воздействие на кожу рук и тела. Это связано с тем, что верхний тончайший слой кожи имеет слабокислую реакцию (рН =5,5) и за счет этого препятствует проникновению болезнетворных бактерий в более глубокие слои кожи. Умывание мылом приводит к нарушению рН, (реакция становится слабощелочная), раскрываются поры кожи, что приводит к понижению естественной защитной реакции. При слишком частом использовании мыла кожа сохнет, иногда воспаляется.	2. Для уменьшения данного негативного воздействия в современные сорта мыла добавляют: - слабые кислоты (лимонная кислота, борная кислота, бензойная кислота и др.), которые нормализуют рН - крема, глицерин, вазелиновое масло, пальмовое масло, кокосовое масло, диэтаноламиды кокосового и пальмового масел и т.д. для смягчения кожи и предотвращения попадания бактерий в поры кожи.

Строение мыла - стеарата натрия.

Молекула стеарата натрия имеет длинный неполярный углеводородный радикал (обозначен волнистой линией) и небольшую полярную часть:

Молекулы ПАВ на пограничной поверхности располагаются так, что гидрофильные группы карбоксильных анионов направлены в воду, а углеводородные гидрофобные выталкиваются из нее. В результате поверхность воды покрывается частоколом из молекул ПАВ. Такая водная поверхность имеет меньшее поверхностное натяжение, что способствует быстрому и полному смачиванию загрязненных поверхностей. Уменьшая поверхность натяжения воды, мы увеличиваем ее смачивающую способность.

Давайте сначала разберемся, что такое ПАВы. Это поверхностно-активные вещества, но такая расшифровка нас не устроит, непонятно же ничего. Говорят, что они, ПАВы, сейчас есть в любом моющем средстве, порошке, шампуне, мыле… Даже всяких кремах для обуви и лица.

Как видно из названия, ПАВ каким-то образом вступает в реакцию с поверхностью веществ. Все знают, как сложно, а порой и невозможно, смыть с рук смазку, жир или масло обычной водой без применения мыла или растворителей. Все потому что молекулы воды и молекулы жира не взаимодействуют между собой вообще никак, не цепляются друг к другу. Тут и вступают в игру поверхностно-активные вещества.

Дело в том, что молекула ПАВ содержит в себе одновременно гидрофильный (любящий воду) и гидрофобный (боящийся воды) компоненты, то есть молекула ПАВ может прицепиться одним боком к молекуле жира, а другим боком – к молекуле воды. Таким образом, ПАВ оказывается мостиком между двумя веществами, до этого никак между собой не взаимодействующими.

Однако и это не все их свойства. Одновременно с этим молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы взаимного притяжения между молекулами загрязнения, то есть снижают поверхностное натяжение. Отдельные частицы грязи отрываются друг от друга и смываются водой.

Классический пример ПАВ – обычное мыло, да-да, именно обычное мыло, с фабрики, а не какое-нибудь мыло ручной работы. Но также ПАВами являются синтетические моющие средства (а какие из них не синтетические?), спирты, карбоновые кислоты, производные аммиака – амины и др.

Посмотрим на мыло с другой стороны. Нас постоянно пугают входящими в состав ПАВами у моющих средств, кремов, пасты. Все боятся ПАВов, все стремятся к натуральной косметике, а тут раз и обычное, привычное с детства мыло – ПАВ. Всю жизнь пользовались и не знали. Из чего же состоит обычное мыло и откуда оно пошло?

Моющие вещества в виде мыла были известны еще в Древнем Египте, у цивилизации Шумер и Вавилоне. Около трех тысяч лет до нашей эры люди уже использовали мыло. Изначально известно, что масло отлично очищают загрязнения – протрите подсолнечным маслом испачканные руки и грязь легко сойдет. Или возьмите грязной рукой горячий шашлык и вся грязь на пальцах отойдет. Если же в вытопленный жир добавить золу или песок получится прекрасный первобытный скраб или доисторическое мыло.

В 1808 году французский химик Мишель Эжен Шеврёль по просьбе владельцев текстильной фабрики установил состав мыла. В результате анализа оказалось, что мыло - это натриевая соль высшей жирной (карбоновой) кислоты. Основным компонентом твёрдого мыла на сегодняшний момент является смесь растворимых солей высших жирных кислот. Обычно это натриевые, реже - калиевые и аммониевые соли таких кислот, как стеариновая, пальмитиновая, миристиновая, лауриновая и олеиновая. Вот вам и ПАВы.

Сейчас мыло на заводах делают следующим образом – жиры, животные и растительные, а то и синтетические, нагревают в специальных котлах и омыляют едкой щелочью, в результате образуются соли щелочных металлов и спирты. Получается однородная вязкая жидкость, которая при охлаждении затвердевает и превращается в хозяйственное мыло – это мыло и глицерин. Есть еще ядровое, пилированное, натриевое, калиевое мыло. Но это уже особенности. Это и есть ПАВ, натуральный. Точнее один из многих видов. Помимо натуральных, существуют синтетические, они-то и вызывают претензии.

Сами по себе ПАВы имеют разную классификацию, основной считается разделение на анионные, катионные, амфотерные и неионогенные ПАВЫ, впрочем, обычному человеку такая классификация тоже ни о чем не говорит. Эта классификация удобна химикам, и связана с химическими реакциями, ионами и молекулами.

Можно их разделять также по характеру использования: моющие средства, эмульгаторы, смачиватели, солюблизаторы. Вообще ПАВы используются не только в моющих средствах. Смачивание, солюблизация, эмульгирование – все эти процессы являются стадиями моющего действия. Любой ПАВ, в той или иной степени, одновременно является и смачивателем, и солюблизатором, и эмульгатором, и моющим веществом. Но, при этом, разные ПАВы проявляют разную эффективность на разных стадиях моющего действия.

Всеми нами, ну или почти всеми, любимый шоколад, да и мороженное, печенье, соусы, часто содержат лецитин – это ПАВ в виде эмульгатора. Эмульгаторы – это вещества, обеспечивающие стабилизацию эмульсий из несмешивающихся жидкостей.

Смачиватели – вещества, вызывающие измельчение твёрдых тел на мелкие частички или жидкой фазы на мелкие капельки. Смачивание – первая фаза моющего действия, когда загрязнение распадается на отдельные частички или капельки и впоследствии обволакивается ПАВом (солюблизируется), и удаляется водой.

Солюблизаторы – вещества, помогающие повысить растворение частиц другого вещества, слаборастворимого в данной жидкой среде. Молекулы солюблизатора обволакивают плохо растворимую в данной среде частичку и образуют вокруг неё, так называемую мицеллу. Сама мицелла имеет сродство к среде растворителя и поэтому растворяется в нём, обеспечивая растворение изначально нерастворимой в нём частицы.

Использование ПАВа, как моющего средства – всего лишь вершина айсберга органической химии. Они применяются в текстильной и кожевенной промышленностях, лакокрасочной и бумажной, металлургии и нефтедобыче, в строительстве, сельском хозяйстве и пищевой промышленности, медицине, теплоэнергетике… В общем проще найти сферу, где они не применяются, чем перечислить все остальное.

Давайте теперь подумаем, чем же они могут быть опасны.

Что таят в себе ПАВы

Первая опасность, о которой говорят все – наша кожа является естественным барьером между нами и окружающей средой, на ней образуется защитная пленка из жиров, которые не пропускают вредоносные бактерии. Разумеется, ПАВ, и мыло в частности, первым делом смывает защитный слой с кожи. Высушенная и обезжиренная кожа быстрее стареет, подвержена различным болячкам. Проникновение ПАВов в более глубокие слои кожи из-за неправильно подобранной концентрации и состава, может привести к аллергическим реакциям на другие компоненты моющего средства из-за снижения барьерных функций кожи. По нормам, которые установлены ГОСТом, защитный слой должен восстановиться через 4 часа, после употребления ПАВа, однако кто ж это проверяет. Без ПАВа мы не смоем грязь, с ПАВом мы смоем и защитный слой.

Вторая опасность непосредственно для человека исходит от уже смытых в канализацию ПАВов. Многие синтетические моющие средства, в отличие от мыл, не подвержены естественному биохимическому разложению и не задерживаются фильтрующими установками. Конечно, по закону подлости, самые стойкие к разрушению ПАВы самые и дешевые. Водные растворы ПАВ постоянно поступают в стоки из множества источников, начиная от стиральных машин домохозяек и заканчивая удобрениями с полей. Все оказывается в конечном итоге в водоемах. Несмотря на то, что очистке сточных вод от ПАВ уделяется все большее внимание, очистные сооружения плохо справляются с удалением ПАВов. Таким образом, они могут возвращаться к людям уже в питьевой воде и накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях.

Третья опасность – экологическая, возможно самая неприятная, но и самая незаметная. Из-за низкой скорости разложения ПАВ вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Сточные воды, содержащие продукты ПАВ, могут вызвать интенсивный рост растений, что приводит к загрязнению ранее чистых водоемов: по мере отмирания растений начинается их гниение, а вода обедняется кислородом, что в свою очередь ухудшает условия существования других форм жизни в воде. ПАВ может адсорбироваться на частичках земли, песка, глины, и высвобождать ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека. Их свойство понижать поверхностное натяжение, в океанах приводит к снижению показателя удерживания CO2 и кислорода в массе воды.

Сточные воды пытаются чистить от ПАВ по-разному - перевод ПАВ в пену, адсорбция активным углем, использование ионообменных смол, нейтрализация катионактивными веществами и др. Эти методы дороги и недостаточно эффективны, и, скорее всего, не применяются в России – вы видели те отстойники? Сейчас считается, что предпочтительна очистка в отстойниках (аэротенках) и в естественных условиях (в водоемах) путем биологического окисления под действием бактерий, которые входят в состав активного ила.

По отношению к этому процессу ПАВ принято делить на "мягкие" и "жесткие". Жесткие ПАВ в настоящее время практически не производятся (некоторые алкилбензолсульфонаты и оксиэтилированные изооктилфенолы). Теоретически биоразложение идет до превращения мягких ПАВ в воду и углекислый газ, проблема сводится лишь к времени окисления. Если окисление происходит медленно, ПАВ успевает произвести вредное влияние на живые организмы и природную среду.

В настоящее время самым распространенным ПАВ в синтетических моющих средствах является алкилбензосульфонат. К группе анионных ПАВ также принадлежат алкансульфонат (SAS), алкилсульфат (FAS) и летучий алкилсульфат (FAES). FAS может быть получен из растительного сырья, например рапсового масла, или масла кокоса.

Катионные ПАВ особенно активно используются в синтетических средствах для "щадящей" стирки, так как играют роль смазки. Неионогенные ПАВ абсолютно невосприимчивы к жесткости воды, демонстрируют высокую эффективность даже при низких концентрациях и низких температурах стирки, не образуют много пены и препятствуют потемнению белья. Кстати, неиногенные ПАВ разлагаются легче, чем анионактивные.

Сапонин, полученный из мыльнянки или стиральных орешков (Waschnussen) принадлежит к неионогенным ПАВ. Другим примером неионогенного ПАВ является сахарный алкилполиглюкозид (APG), добываемый из возобновляемого сырья: кукурузы, сахарного тростника и кокосового ореха. APG является биологически разлагаемым и имеет отличную совместимость с кожей. Именно эти ПАВ используются в натуральных стиральных порошках.

По убыли раздражающего действия на кожу и глаза человека ПАВы можно расположить в следующий ряд: катионные > анионные > неионные. Эта цепочка справедлива и для токсичности: наиболее токсичными являются катионные ПАВ, менее токсичными – анионные и наименее – неионогенные ПАВ. Между прочим катионные ПАВ имеют интересное свойство – они обладают бактерицидным действием, поэтому получили широкое применение в медицине, а ПАВ цетилпиридиний хлорид вообще стал лекарственным средством.

В настоящее время приняты законы, разрешающие производство и применение ПАВ для моющих средств, биоразлагаемых не менее чем на 80%. Считается, что в стиральном порошке достаточно не более 5% ПАВ, чтобы он хорошо стирал. Только немногие ПАВ являются абсолютно безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы.

Не стоит забывать, что, как правило, в шампунях, моющих средствах. Содержится не один-одинешенек ПАВ, а их там целая композиция. Помимо основного ПАВа в состав входят Со-ПАВы в соотношении 1:3, 1:4. Если основной ПАВ – это обычно анионнные, то Со-ПАВами выступают различные амфотерные, неионогенные и анионные ПАВ. Итак, мы подошли к нашей теме – что такое мыльная основа и при чем здесь ПАВ. Сейчас мы уже понимаем, что мыльной основы без ПАВ быть не может в принципе. Очень часто на мыльной основе пишут – FREE SLS, FREE SLES. Интересно, что это за звери такие, понятно, что ПАВ, но почему именно без них.

Тут мы подходим к созданию мыльной основы. На самом деле мыльная основа имеет отношение к мылу такое же, как плавленые сырки к сыру. Называется она – мыльный продукт и изготавливается из синтетических поверхностно-активных веществ, в основном из нефтяных продуктов (лаурилсульфат натрия) и т. д.

В отличие от мыла, полученного промышленным путём, мыло ручной работы хуже мылится, поскольку входящие в состав мыльной основы ингредиенты более щадящие и мягкие (!). По той же причине оно быстрее истрачивается, чем аналогичного веса промышленное мыло.

SLS и SLES – это лаурилсульфат натрия и лауретсульфат натрия соответственно – присутствуют в большинстве моющих средств и косметике. SLES это более безопасная производная из SLS. Лаурилсульфат натрия (SLS) может вызывать раздражение кожи у некоторых людей при длительном контакте, однако даже в высокой концентрации не выявлено канцерогенного или эмбриотоксического действия. Признается безопасным в очищающих средствах, которые смываются водой (шампуни, очищающие гели, пенки и пр.). Продукты, содержащие любой из этих ингредиентов, не рекомендуются людям, страдающим угревой болезнью, дерматитами, сухостью кожи или потерей волос. SLES (лауретсульфат натрия) действует менее раздражающе, чем лаурилсульфат натрия, но приводит к более сильному высушиванию, которого можно избежать при тщательном смывании.

Итог

Итак, после такого количества терминов и наборов слов, давайте подведем конечный итог. ПАВ сильно демонизировали в последнее время, большинство людей после такой активной пропаганды не догадываются, что количество ПАВов на самом деле огромное и ими мы все пользуемся, так или иначе. Классическое мыло это по сути анионный ПАВ и довольно жесткий. Натуральные ПАВ безопаснее синтетических, однако натуральные в любых шампунях и мылах, продающихся в разных магазинах, не содержатся (во всяком случае, как основа моющей композиции), хотя в природе существуют.

Для получения достаточного моющего действия, ПАВ вводят в состав косметического моющего средства в количестве не менее 10 %, оптимальное содержание - 12–14 %. При выборе средства (шампуня, мыла, моющего средства, порошка) можно ориентироваться на этикетку. Однако не стоит забывать, что процент введенных ПАВов ставится довольно редко, а в некоторых случаях ПАВ вообще обозначается цифровым кодом без указания наименования – если состав средства закрыт патентом или является коммерческой тайной.

По сути, натуральным моющим средством можно признать только мыльный корень и сапонины (мыльные вещества) из растений. Если поискать в сети продажу ПАВов, то часто можно встретить овсяный, яблочный ПАВы, сахарный и кокосовый – это все натуральные или частично-натуральные ПАВы, которые используются в домашней косметике, но никак не в промышленных масштабах.