Файл: Лунина М.А. Синтетические моющие средства пособие для учащихся.pdf

Расширение советской мыловаренной промышлен­ ности требовало огромного количества сырья, глав­ ным образом жиров, твердых и жидких. Еще недавно на производство жирового мыла, различных моющих порошков, эмульсий и паст ежегодно тратилось около 400 тыс. т пищевого растительного масла. Это боль­ ше, чем потребляет в месяц население Советского Со­ юза. Использование синтетического заменителя позво­ лило бы передать в другие отрасли народного хозяй­ ства тысячи тонн растительных масел и животных жиров. Развитие советской синтетической химии за последние 20—25 лет наряду с другими достижения­ ми привело к появлению новых отраслей химической промышленности, в частности производства синтети­ ческих моющих ве­ ществ. Эти замеча­ тельные союзники жирового мыла завое­ вывают с каждым го­ дом все большую сла­

ву.

Первым синтети­ ческим моющим ве­ ществом, получен­ ным без применения жирового сырья, бы­ ла смесь сульфонафтеновых кислот — так называемый контакт Петрова. Этот пре­ парат был синтезиро-

.ван русским ученым проф. Г. С. Петровым в 1912 г. Однако как

И

моющее вещество он не получил большого распрост­ ранения из-за темной окраски, но до сих пор широко употребляется в текстильной промышленности.

По типу контакта Петрова за рубежом стали про­ изводить моющие вещества путем сульфирования. Сульфированию подвергались нефтепродукты, а так­ же продукты, получаемые при синтезе бензина. Начи­ ная с 1930 г. химия синтетических моющих веществ стала плодотворно развиваться: в зарубежных стра­ нах (Германия, США) и в Советском Союзе за срав­ нительно короткий срок был освоен ряд новых мето­ дов получения моющих препаратов. В настоящее время синтетические моющие вещества широко при­ меняются во всех странах мира.

Исходным сырьем для получения синтетических моющих средств, кроме жирового сырья (кашалотовый жир, кокосовое и другие растительные масла), служит нефть. Недавно ученые Эстонской ССР раз­ работали метод синтеза моющих веществ на основе продуктов переработки горючих сланцев. Этот путь получения синтетических моющих веществ перспек­ тивен, так как основан на дешевом сырье: запасы сланцев в Прибалтике очень велики.

Не следует думать, что синтетические моющие ве­ щества ! представляют собой просто «заменители» жирового мыла, которыми приходится пользоваться по необходимости из-за нехватки жиров. На самом деле по моющему действию они значительно превос­ ходят жировое мыло и обладают многими ценными

1 В зарубежной литературе термин «синтетические мо­ ющие вещества» часто заменяется термином «детергент», что соответствует русскому слову «моющий»; также можно встре­ тить название «поверхностно-активное вещество» в при­ менении к синтетическим моющим веществам,

свойствами, которые позволяют использовать их в промышленно­ сти, медицине, сельском хозяй­ стве.

Внедрение моющих средств в самые различные отрасли про­ мышленности усиливается с каж­ дым годом. За последние 15 лет химия синтетических моющих веществ прошла путь от юности к зрелости. В настоящее время известно более 2000 торговых названий синтетических мою­ щих средств.

Что же представляют собой синтетические мою­ щие вещества? Как и жировое мыло, они являются органическими соединениями, состоящими из несим­ метрично построенных крупных молекул. Синтети­ ческие моющие вещества нельзя считать высокомо­ лекулярными соединениями, так как их молекуляр­ ный вес не превышает 3000. Однако молекулярные веса этих соединений сравнительно велики: наиболее важная и обширная группа синтетических моющих средств создана на основе соединений, содержащих 8—18 атомов углерода. Они при обычных условиях жидкости или кристаллические порошки. По способ­ ности растворяться в различных средах их принято разделять на водорастворимые и водонерастворимые (последние растворяются в углеводородных средах —> бензине, толуоле, бензоле).

Многие синтетические моющие вещества являют­ ся ионогенными — при растворении в воде они рас­ падаются на ионы. Этот процесс у них идет несколь­ ко необычно: один ион получается большой, почти та­

кой же, как и молекула, из которой он образовался, и несимметрично построенный, а другой ион — ма­ ленький.

Вещества, отщепляющие большой анион, называ­ ются анионактивными (анионные), например, олеат натрия в воде диссоциирует таким образом:

С17Н33СО(Жа^±[С17Н3зСООГ + N3+

Катионактивные (катионные) вещества, растворя­ ясь в воде, отщепляют большой катион и маленький анион. Сложное по составу катионактивное вещест­ во — цетилпиридиний хлорид — диссоциирует в воде:

Кроме того, существует значительное количество практически очень полезных неионогенных веществ, которые растворяются в воде, не распадаясь на ионы.

Рассмотрим подробнее основные типы водораство­ римых синтетических моющих веществ.

А н и о н а к т и в н ы е соединения составляют са­ мую большую по численности группу синтетических моющих веществ. По практической значимости они также стоят на первом месте. Так, в США, где произ­ водство синтетических моющих средств является са­ мым крупным в мире, в 1965 г. анионактивные соеди­ нения составляли 60% от общей продукции.

В Советском Союзе ведущее место в промышлен­ ности синтетических моющих средств занимает про­ изводство синтетических жирных кислот, идущих на мыловарение и для синтеза моющих веществ анион-

или калиевую соль определенного сульфосоединения. В настоящее время основные группы анионактивных синтетических моющих веществ, содержащих сульфогруппу, это — алкилсульфаты, алкилсульфонаты и алкиларилсульфонаты *. А л к и л с у л ь ф а т ы — натри­ евые или калиевые соли сульфоэфиров высших жир­ ных спиртов21. По химическому строению сульфоэфир отличается от высшего жирного спирта тем, что во­ дород гидроксильной группы замещен на сульфогруппу:

Высшие жирные спирты получают следующими способами:

1) гидрированием кашалотового (китового) жира или природных растительных масел (кокосового, пальмового, оливкового, таллового) получают смесь высших жирных спиртов;

2) гидрированием синтетических жирных кислот при 250° С и 300 атм в присутствии медно-хромового катализатора. Реакция протекает так:

R - С О О Н + 2 H 2^ R - С Р 12 — О Н + Н 20

3) путем прямого окисления жидких парафино­ вых углеводородов кислородом воздуха при 160— 170°С в присутствии борной кислоты (способ разра­ ботан советским ученым А. Н. Башкировым).

1 Алкилы — наименование углеводородных радикалов об­

спирты с большим числом атомов углерода.

Последние два способа имеют значительное пре­ имущество, так как они не требуют жирового сырья. Высшие жирные спирты подвергают сульфированию, полученные сульфоэфиры затем омыляют щелочью и выделяют синтетическое моющее вещество — алкилсульфат. Реакции идут по уравнениям:

1)ВСН20Н + Н3304^ВСН 20803Н + Н20

2)ВСНзОБОзН + К аО Н ^ тф О ЗО .Д а Д- Н20

натриевая соль сульфоэфира (алкилсульфат)

А л к и л с у л ь ф о н а т ы — это натриевые или ка­ лиевые соли сульфокислот. Для получения их насы­ щенные углеводороды сначала подвергают действию хлора и сернистого газа в присутствии катализатора; этот процесс называется сульфохлорированием:

1 ) В Н + Б О а - ф С 12- > И 8 0 2С 1 + Н С 1

ВЫСШИЙ

насыщенный

углеводород

2) Ы802С1Д- КаОН-»ШЮ3Ма Д- НС1

натриевая соль суль­ фокислоты

(алкилсул ьфон ат)

Можно применять сульфоокисление; тогда насыщен­ ные углеводороды подвергают одновременно окисле­ нию и действию сернистого газа (реакция ускоряет­ ся облучением коротковолновым светом):

1)2Е1Н + Э02Д- 0 2-> 2И8020Н

далее полученный продукт омыляют щелочью: 2) 118020Н Д- ^0Н->Г180зМа Д- Н20

Источниками насыщенных углеводородов могут быть нафтеновые фракции (кипящие при .230—320°С), предварительно гидрированные, так как в них содер­ жится много ненасыщенных углеводородов. Алкилсульфонаты являются очень распространенными мою­ щими средствами (для них за рубежом существует также торговое название «мерзоляты», а для алкилсульфохлоридов — продуктов сульфохлорирования — «мерзолы»).

А л к и л а р и л с у л ь ф о н а т ы — моющие сред­ ства, которые появились в промышленности одними из первых (производство их начато еще в 1930 г.). Основу этих соединений составляют углеводороды ароматического ряда, например:

Для получения моющих препаратов на основе аро­ матических углеводородов надо заместить в их мо­ лекуле хотя бы один атом водорода на углеводород­ ный радикал — К (алкилирование), а затем провести сульфирование и обработку щелочью. Чтобы получен­ ное соединение обладало моющими свойствами, угле­

алкилирование, сульфирование и омыление щелочью. Например: