Surfaktanty. Budowa, właściwości, zastosowania

Surfaktanty są bardzo liczną grupą substancji zarówno pochodzenia naturalnego, jak i otrzymywanych na drodze syntezy chemicznej. Znaczne zainteresowanie tymi związkami wynika z ich dużej aktywności powierzchniowej, którą wykazują nie tylko na granicy faz roztwór surfaktantów–gaz (np. powietrze), ale również na granicach dwóch faz skondensowanych: roztwór surfaktantów–ciecz oraz roztwór surfaktantów–ciało stałe. Dlatego związki te znalazły praktyczne wielorakie zastosowania w różnych procesach technologicznych oraz w licznych wyrobach rynkowych. Ma to bezpośredni wpływ na osiągnięcie dobrych efektów ekonomicznych przez firmy, które stosują surfaktanty. W monografii omówiono budowę, właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne oraz liczne zastosowania różnych grup surfaktantów, szczególny nacisk kładąc na ekologiczne aspekty ich stosowania. Przedstawiono także zagadnienia stabilności hydrolitycznej i termicznej, metody oznaczania pozostałości tych substancji w środowisku naturalnym, procesy degradacji chemicznej i biologicznej tych związków. Zaprezentowano liczne korelacje pomiędzy budową surfaktantów oraz ich właściwościami użytkowymi. Ponadto pokazano wiele metod prognozowania właściwości użytkowych surfaktantów. Książka jest adresowana zarówno do studentów i nauczycieli akademickich kierunków: chemia, technologia i towaroznawstwo środków powierzchniowo czynnych, kosmetyków oraz wyrobów chemii gospodarczej, jak również do pracowników przemysłu, projektantów oraz konsultantów, zainteresowanych zastosowaniami surfaktantów w nowych produktach i procesach technologicznych.

WSTĘP
Rozdział 1. BUDOWA I KLASYFIKACJA SURFAKTANTÓW
1. Budowa surfaktantów
2. Kryteria klasyfikacji surfaktantów
2.1. Klasyfikacja według właściwości części polarnej cząsteczki
2.2. Klasyfikacja według budowy chemicznej cząsteczki
2.3. Klasyfikacja według liczby elementów strukturalnych cząsteczki
2.4. Klasyfikacja według zachowania się cząsteczek w roztworach wodnych
2.5. Klasyfikacja według źródła surowców
2.6. Klasyfikacja według oddziaływania na środowisko
2.7. Klasyfikacja według właściwości użytkowych
2.8. Inne klasyfikacje surfaktantów
3. Surfaktanty anionowe
3.1. Klasyczne surfaktanty anionowe
3.2. Geminalne surfaktanty anionowe
3.3. Anionowe surfaktanty wytwarzane z estrów metylowych kwasów tłuszczowych
3.4. Proekologiczne tendencje w grupie surfaktantów anionowych
3.5. Ogólna charakterystyka surfaktantów anionowych
4. Surfaktanty kationowe
4.1. Klasyczne surfaktanty kationowe
4.2. Geminalne surfaktanty kationowe
4.3. Proekologiczne tendencje w grupie surfaktantów kationowych
4.4. Ogólna charakterystyka surfaktantów kationowych
5. Surfaktanty amfoteryczne
5.1. Syntetyczne surfaktanty amfoteryczne
5.2. Niektóre naturalne surfaktanty amfoteryczne
5.3. Ogólna charakterystyka surfaktantów amfoterycznych
6. Surfaktanty mezojonowe
6.1. Budowa surfaktantów mezojonowych
6.2. Przykłady surfaktantów mezojonowych
6.3. Ogólna charakterystyka surfaktantów mezojonowych
7. Surfaktanty katanionowe
7.1. Budowa surfaktantów katanionowych
7.2. Klasyczne surfaktanty katanionowe
7.3. Ogólna charakterystyka surfaktantów katanionowych
8. Surfaktanty niejonowe
8.1. Surfaktanty niejonowe pochodzenia naturalnego
8.2. Produkty kondensacji polioli ze związkami hydrofobowymi
8.3. Produkty polioksyalkilenowania różnych związków
8.4. Związki o strukturze kopolimerów blokowych tlenków alkenów
8.5. Proekologiczne tendencje w grupie surfaktantów niejonowych
8.6. Ogólna charakterystyka surfaktantów niejonowych
9. Nietypowe rodzaje surfaktantów
9.1. Polimeryzowalne surfaktanty
9.2. Surfaktanty w wieloma grupami polarnymi
9.3. Surfaktanty pseudogeminalne
10. Surfaktanty z łańcuchem niewęglowodorowym
10.1. Fluorowane surfaktanty
10.2. Surfaktanty silikonowe
Literatura

Rozdział 2. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE WODNYCH ROZTWORÓW SURFAKTANTÓW
1. Pojęcie struktury wody w stanie ciekłym
2. Rozpuszczalność surfaktantów w wodzie
2.1. Oddziaływania międzycząsteczkowe w roztworach
2.2. Oddziaływania hydrofobowe
3. Równowagi fazowe w wodnych roztworach surfaktantów
3.1. Punkt Kraffta
3.2. Niektóre formy występowania surfaktantów w roztworach
3.3. Wykresy fazowe dla wodnych roztworów surfaktantów
4. Wybrane właściwości fizyczne wodnych roztworów surfaktantów
4.1. Gęstość roztworów surfaktantó w
4.2. Ściśliwość roztworów surfaktantów
4.3. Rozszerzalność term iczna surfaktantów w roztworze
4.4. Przewodnictwo elektryczne roztworów surfaktantów
4.5. Lepkość roztworów surfaktantów
4.6. Współczynnik dyfuzji roztworów surfaktantów
Literatura

Rozdział 3. ASOCJACJA MICELARNA W WODNYCH ROZTWORACH SURFAKTANTÓW
1. Rodzaje mas cząsteczkowych asocjatów micelarnych
2. Micele kuliste
2.1. Czynniki określające wartość CMC
2.2. Asocjacja micelarna w wodnych roztworach surfaktantów w ujęciu termodynamicznym
2.3. Asocjacja micelarna w wodnych roztworach surfaktantów w ujęciu kinetycznym
3. Micele niesferyczne
3.1. Czynniki określające kształt i wielkość micel
3.2. Micele cylindryczne
3.3. Micele usieciowane
3.4. Agregaty warstwowe
4. Zjawiska mętnienia w roztworach surfaktantów
4.1. Oddziaływania: surfaktant - rozpuszczalnik
4.2. Oddziaływania: surfaktant - substancja obca
5. Model wodnych roztworów surfaktantów
5.1. Założenia modelu
5.2. Przewidywania modelu
Literatura

Rozdział 4. WŁAŚCIWOŚCI WODNYCH ROZTWORÓW SURFAKTANTÓW NA GRANICACH FAZ: ROZTWÓR-GAZ
1. Napięcie powierzchniowe na granicy faz: ciecz - gaz
1.1. Napięcie powierzchniowe wody
1.2. Napię cie powierzchniowe wodnych roztworów elektrolitów
2. Właściwo ści powierzchniowe roztworów sur faktantów
2.1. Reguła Traubego
2.2. Równanie izotermy adsorpcji Gibbsa
2.3. Czynniki określające napięcie powierzchniowe wodnych roztworów surfaktantów
2.4. Nasycone warstwy adsorpcyjne na granicy faz: wodny roztwór surfaktantu - powietrze
3. Właściwości pianotwórcze roztworów surfaktantów
3.1. Pojęcie piany
3.2. Zdolność pianotwórcza
3.3. Trwałość pian
3.4. Elastyczność pian
3.5. Destabilizacja pian
3.6. Wskaźniki trwałości piany
3.7. Empiryczne reguły dotyczące właściwości pianotwórczych wodnych roztworów surfaktantów
Literatura

Rozdział 5. WŁAŚCIWOŚCI SURFAKTANTÓW W UKŁADACH MIKROHETEROGENICZNYCH
1. Rola surfaktantów w kształtowaniu konsystencji wyrobów
2. Zjawisko Marangoniego
3. Emulsje
3.1. Definicja i podział emulsji
3.2. Metody wytwarzania emulsji
3.3. Współczynnik SAD emulsji
3.4. Wybrane właściwości emulsji
3.5. Stabilność emulsji i procesy rozkładu emulsji prostych
3.6. Metody zmieniające stabilność emulsji
3.7. Metody przeciwdziałania tworzeniu się emulsji
3.8. Wybrane metody badania emulsji
3.9. Cechy dobrego emulgatora
4. Mikroemulsje
4.1. Pojęcie mikroemulsji
4.2. Podział mikroemulsji według Winsora
4.3. Model CIT mikroemulsji
4.4. Równowaga fazowa w układach emulsyjnych
4.5. Czynniki wpływające na przemiany fazowe mikroemulsji
4.6. Porównanie właściwości emulsji i mikroemulsji
5. Właściwości solubilizujące
5.1. Rodzaje procesów solubilizacyjnych
5.2. Mechanizm solubilizacji micelarnej
5.3. Siła solubilizacji micelarnej
Literatura

Rozdział 6. WŁAŚCIWOŚCI WODNYCH ROZTWORÓW SURFAKTANTÓW NA GRANICY FAZ: ROZTWÓR - CIAŁO STAŁE
1. Właściwości zwilżające
1.1. Klasyfikacja procesów zwilżania
1.2. Energetyczne aspekty zjawiska zwilżania
1.3. Rola surfaktantów w zwilżaniu powierzchni ciał stałych
1.4. Wybrane metody pomiaru właściwości zwilżających
1.5. Zwilżalność a struktura surfaktantów
2. Adsorpcja na granicy faz: roztwór - ciało stałe
2.1. Warstwy dsorpcyjne Langmuira-Blodgetta
2.2. Warstwy adsorpcyjne Langmuira-Schaeffera
3. Asocjacja surfaktantów na powierzchniach ciał stałych
3.1. Asocjacja na powierzchniach niepolarnych
3.2. Asocjacja na powierzchniach polarnych
3.3. Ochrona przed korozją
4. Właściwości piorące
4.1. Zdolność piorąca
4.2. Mechanizm prania
5. Właściwości antyelektrostatyczne
6. Właściwości zmiękczające
6.1. Ocena efektu zmiększającego
6.2. Wpływ budowy surfaktantu na właściwości zmiękczające
7. Inne przykłady zastosowań adsorpcji surfaktantów
7.1. Właściwości przeciwzbrylające
7.2. Właściwości przeciwzatarciowe
7.3. Rozdrabnianie ciał stałych
7.4. Flotacja minerałów
7.5. Hydrofobizacja powierzchni
7.6. Eksploatacja złóż ropy naftowej
7.7. Wiązanie asfaltu z kruszywem
Literatura

Rozdział 7. WŁAŚCIWOŚCI BIOLOGICZNE SURFAKTANTÓW
1. Aktywność biostatyczna surfaktantów
1.1. Aktywność bakteriostatyczna
1.2. Aktywność drożdżostatyczna
1.3. Aktywność grzybostatyczna
1.4. Aktywność algostatyczna
2. Aktywność biobójcza surfaktantów
2.1. Aktywność bakteriobójcza
2.2. Aktywność grzybobójcza
2.3. Aktywność algobójcza
3. Toksyczność surfaktantów
4. Właściwości dermatologiczne surfaktantów
5. Inne właściwości biologiczne surfaktantów
6. Ochrona wyrobów przed drobnoustrojami
6.1. Ochrona kosmetyków
6.2. Ochrona drewna
Literatura

Rozdział 8. WYBRANE METODY PROGNOZOWANIA WŁAŚCIWOŚCI SURFAKTANTÓW
Wprowadzenie
1. Metody sumowania udziałów elementów strukturalnych
1.1. Wielkość cząsteczek surfaktantów
1.2. Rozpuszczalność surfaktantów
2. Wybrane właściwości użytkowe surfaktantów
2.1. Równowaga hydrofilowo-lipofilowa surfaktantów
2.2. Równowaga nieorganiczna-organiczna surfaktantów
2.3. Równowaga w układach mikroheterogenicznych zawierających surfaktanty
3. Wybrane metody modelowania właściwości surfaktantów
3.1. Indeksy topologiczne
3.2. Metody komputerowego prognozowania właściwości surfaktantów
3.3. Przykłady zastosowania symulacji komputerowych
Literatura

Rozdział 9. METODY OZNACZANIA SURFAKTANTÓW
1. Metody analizy jakościowej surfaktantów
1.1. Próba rozpuszczalności surfaktantów w różnych rozpuszczalnikach
1.2. Oznaczanie pierwiastków
1.3. Wagowe oznaczanie surfaktantów i towarzyszących im składników
1.4. Identyfikacja składników nie surfaktantowej substancji organicznej
1.5. Proste metody określania klasy surfaktantów
2. Rozdzielanie mieszanin surfaktantów
3. Metody ilościowego oznaczania surfaktantów
3.1. Metody wagowe
3.2. Metody miareczkowe
3.3. Metody spektrofotometryczne
3.4. Metody elekb·oanalityczne
3.5. Metody chromatograficzne
Literatura

Rozdział 10. WPŁYW SURFAKTANTÓW NA ŚRODOWISKO NATURALNE
Wprowadzenie
1. Surfaktanty chemodegradowalne
1.1. Surfaktanty z ugrupowaniem estrowym
1.2. Surfaktanty z ugrupowaniem acetalowym
2. Surfaktanty biodegradowalne
2.1. Sulfonowane estry kwasów tłuszczowych
2.2. Pochodne węglowodanów
3. Usuwanie surfaktantów ze ścieków
3.1. Wypienianie
3.2. Metody sorpcyjne
3.3. Usuwanie surfaktantów hydrożelami
4. Biodegradacja surfaktantów
4.1. Mydła
4.2. Pierwszorzędowe siarczany alkilowe
4.3. Drugorzędowe siarczany alkilowe
4.4. Alkilobenzenosulfoniany
4.5. Surfaktanty kationowe
4.6. Surfaktanty alkilobetainowe
5. Biodegradacja surfaktantów w środowisku naturalnym
5.1. Metody badania postępu procesu biodegradacji Surfaktantów
5.2. Biorozkładalność surfaktantów w przepisach Unii Europejskiej
5.3. Bioakumulacja surfaktantów
5.4. Empiryczne reguły dotyczące biodegradacji surfaktantów
6. Bilans ekologiczny produkcji wybranych surfaktantów
6.1. Mydła
6.2. Liniowe alkilobenzenosulfoniany
6.3. Siarczany alkilowe
6.4. Oksyetylenowane siarczany alkilowe
6.5. Drugorzędowe alkanosulfoniany
6.6. Oksyetylenowane alkohole
6.7. Alkilopoliglukozydy
Literatura

Rozdział 11. WYBRANE ZASTOSOWANIA SURFAKTANTÓW
1. Stabilność surfaktantów
1.1. Wrażliwość na zmiany pH środowiska
1.2. Stabilność chemiczna
1.3. Stabilność termiczna
2. Niekonwencjonalne metody rozdzielania substancji
2.1. Elektroforeza micelarna
2.2. Zastosowania zawiesin: surfaktant - naftalen
2.3. Ekstrakcja micelarna
2.4. Ultrafiltracja roztworów micelarnych
3. Zastosowania w syntezie chemicznej
3.1. Surfaktanty jako reagenty
3.2. Surfaktanty jako rozpuszczalniki
3.3. Surfaktanty jako katalizatory
4. Zastosowania w procesach technologicznych
4.1. Zdolność do tworzenia nici
4.2. Zastosowania we włókiennictwie
4.3. Zastosowania w produkcji rolnej
4.4. Redukcja oporów przepływu
4.5. Technologie wytwarzania materiałów
4.6. Inne technologie z zastosowaniem surfaktantów
5. Zastosowania w ochronie zdrowia
5.1. Kosmetyki i środki utrzymania higieny
5.2. Oddziaływania z flawonoidami
5.3. Zastosowania w medycynie i weterynarii
Literatura
SKRÓTY NAZW NIEKTÓRYCH SURFAKTANTÓW
SKRÓTY NAZW NIEKTÓRYCH SUROWCÓW