tehnologija tenzida i deterdženata - predavanja V. Sovilj

Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 1

1. POVRŠINSKI AKTIVNE MATERIJE, OBRAZOVANJE MICELA U RASTVORIMA, KMK

Površinski aktivne materije (PAM) imaju veliki značaj zbog svojih osobina. Koriste se kao pojedinačni

molekuli ili u obliku agregata (micela), a služe za stabilizaciju disperznih sistema, kao sredstva za

adsorpciju, prilikom formiranja pene ili u procesu soljubilizacije. U kozmetici se koriste u preparatima za

otklanjanje nečistoća, u farmaciji za povećanje rastvorljivosti leka, zatim imaju primenu u formulacijama

pesticida kao zaštita biljaka, u tekstilnoj industriji za impregnaciju kože i krzna – zaštita od spoljašnjih

uticaja. PAM se takođe primenjuju i u naftnoj i petrohemijskoj industriji, rudarstvu, industriji papira i

plastike... U zavisnosti od njihove funkcije PAM su grupisane u kataloge.

Osobine

PAM su amfifilni molekuli koji imaju i hidrofobni deo (ugljovodonični niz), i hidrofilni deo (polarna glava),

tako da imaju afinitet i ka polarnim i ka nepolarnim rastvaračima. Podela PAM na osnovu vrste polarne

glave:

anjonske

katjonske – specifična primena, antibakterijsko dejstvo

nejonske – OH grupe, polioksietilenski nizovi

amfoterne – betaini

Anjonske i katjonske PAM imaju veliku moć pranja, koriste se u kombinaciji sa nejonogenim PAM jer

iritiraju kožu. Polarna glava disosuje zbog svoje jonske prirode, kod naelektrisane koloidne čestice imamo i

protivjone. Hidrofobni deo utiče na rastvorljivost, može biti linearan, razgranat ili u vidu benzenovog

prstena. Amfoterne PAM u svom molekulu imaju i + i – naelektrisanje, u zavisnosti od njihovog udela mogu

pokazivati osobine anjona ili katjona, kao i neutralnih cviterjona. Nejonogene PAM se najviše koriste za

ljudsku upotrebu. To su derivati polioksietilena čija polarna glava može imati veliku dužinu u onosu na

hidrofobni deo. Lakše formiraju micele i pri nižim koncentracijama i imaju veći agregacioni broj od

jonogenih.

U poslednje vreme imamo i sintetizovane PAM sa specijalnim osobinama, kao što su “gemini PAM”.

Izgledaju kao dva molekula PAM spojeni mostom preko polarne glave, sadrže 2 jonske grupe i 2 hidrofobna

repa. Ispoljavaju specifične osobine zbog toga što usled prisustva 2 hidrofobna repa formiraju micelarne

strukture pri niskim koncentracijama. Formiraju strukture slične lipozomima. Mnogo više se koriste jer su

pojedinačni molekuli PAM iritabilni, a micele nisu. Cilj je postići što nižu KMK jer što je ona veća znači da je

veća iritacija. Pri formiranju agregata obrazuju rastvorene membranske strukture u koje se inkorporiraju

uljne ili vodene komponente. Stvaraju stabilne pene, posebno ako je most veće dužine. U slučaju da se

anjonska PAM kobinuje sa katjonskom doći će do neutralizacije i nastaće so. Gemini PAM ispoljavaju

katjonski karakter i koriste se kao kondicioneri za kosu, daleko su rastvorljiviji na nižim temperaturama u

odnosu na klasične anjonske.

Postoje dve teorije micelizacije: u jednoj se posmatra proces formirnja micela kao promena osobina i

nastajanje pseudofaze, a u drugoj kao kinetički proces u kojem se postepeno formiraju dimer, trimer... sve

do konačnog agregacionog broja koji predstavlja broj monomera u miceli. Prečnik micele je približno jednak

dvostrukom prečniku monomera. Kada se formira micela, daljim povećanjem koncentracije se povećava

njihov broj a ne veličina. Na granici ispod kritične micelarne koncentracije pojedinačni molekuli PAM i

micele su u ravnoteži. Kada se micele formiraju u hidrofilnom rastvaraču polarne glave su sa spoljne

strane, a hidrofobni delovi su okrenuti ka jezgru. Nakon postizanja agregacionog broja dolazi do promene

oblika – strukture. Veličina micela se definiše preko micelarne mase i agregacionog broja. Kod jonskih

micela dolazi do hidrostatičkog odbijanja između naelektrisanih grupa.


Kako odrediti KMK?

Pojedinačni molekuli, za razliku od micela, idu na granicu faza i utiču na površinski napon tečnosti u kojoj

se nalaze. Tako je moguće odrediti prelomnu tačku na grafiku, praćenjem površinskog napona. Takođe se

može pratiti i osmotski pritisak, koji je koligativna osobina. Povećanjem koncentracije PAM raste osmotski

pritisak, sve dok se na počnu formirati micele. Nakon KMK on ili opada ili se ne menja. Micele imaju

osobinu da rasipaju svetlost, pa se KMK može odrediti i praćenjem mutnoće rastvora. Može se pratiti i

rastvaranje neke nerastvorne materije u prisustvu PAM jer se prilikom formiranja micela odigrava

soljubilizacija. Pored toga KMK se može eksperimentalno odrediti i preko provodljivosti, difuzivnosti,

magnetne rezonance ili pomoću interferometra.

(KH 32, 33, 34, 35, 38, 39, 40)

2. UTICAJ RAZNIH FAKTORA NA KMK

I kod jonskih i kod nejonskih PAM KMK zavisi od različitih faktora. Dužina hidrofobnog niza smanjuje KMK,

a prisustvo dvostrukih veza je povećava. Položaj polarnih glava utiče tako što povećava KMK što su one

bliže sredini. Takođe i priroda polarnih grupa utiče, ako je u pitanju samo jedna grupa koja je jonogene

prirode povećava se KMK. Ako ima više jonogenih grupa njihovo naelektrisanje utiče na povećanje KMK

zbog električnog odbijanja. Gemini PAM obrazuuju micele pri najnižim KMK.

Temperatura ima uticaj na KMK u slučaju jonskih PAM, gde se povećanjem temperature raste i KMK jer

dolazi do veće disocijacije jonogenih grupa i jačeg odbijanja. Kod nejonogenih grupa porast temperature

smanjuje KMK jer se približava tački zamućenja. Elektroliti utiču na jonske PAM tako što smanjuju njihovu

disocijaciju i KMK. Zapravo, dodavanjem elektrolita smanjuje se količina naelektrisanja u Šternovom i Gaj-

Čepmenovom sloju, time se smanjuje međusobno odbijanje jonogenih grupa i smanjuje se KMK. Iz tog

razloga se NaCl dodaje u šampon gde se omogućuje lakše formiranje micelarnih struktura višeg nivoa

(ugušćivanje). Kod nejonogenih PAM elektroliti smanjuju rastvorljivost jer u njihovom prisustvu ranije dolazi

do tačke zamućenja pa opada KMK.

KH (36, 37, 38)

3. RASTVORLJIVOST RASTVORA JONSKIH I NEJONSKIH PAM, UTICAJ RAZNIH FAKTORA NA

RASTVORLJIVOST

Rastvorljivost jonskih i nejonskih PAM se znatno razlikuje iz tog razloga što je kod jonskih rastvorljivost

zavisna od KMK, a kod nejonskih od koncentracije i temperature rastvora. Kraftova tačka je karakteristična

za jonske PAM, to je temperatura pri kojoj dolazi do njihovog naglog rastvaranja. U slučaju da imamo

čvrstu jonsku PAM, ona će se u vodi rastvoriti onoliko koliko joj dozvoljava proizvod rastvorljivosti jer su u

pitanju pojedinačni molekuli. Kada temperatura raste, raste i rastvorljivost, ali je ona neznatna sve do

postizanja kraftove tačke.

Može se posmatrati kao KMK za tu temperaturu (23oC), jer se zapravo formiraju micele. Kraftova

temperatura zavisi od dužine hidrofobnog niza, što je on duži to je rastvorljivost manja te je potrebna veća

temperatura, a KMK opada. Micele se formiraju pri nižim koncentracijama ako su hidrofobni repovi duži.

KMK kod jonskih PAM zavisi i od udaljenosti polarnih grupa od kraja lanca, što su udaljenije teže je

formiranje micela i povećava se KMK. Takođe zavisi i od razgranatosti jer grananje hidrofobnog lanca

dovodi do sternih smetnji i o težava formiranje micela, odnosno povećava se KMK.


Nejonske PAM nemaju Kraftovu tačku, ali imaju tačku zamućenja. To je najčešće ona temperatura na kojoj

dolazi do smanjenja rastvorljivosti i razdvajanja rastvora na faze. Jedna faza je vodena i sadrži malu

koncentraciju PAM koja se ne razlikuje mnogo od KMK, a druga faza je bogata PAM i sadrži samo 20%

vode koja je suljubilizovana u micelama. Povećanjem temperature dolazi do dehidratacije, rastvor postaje

mutan sve dok voda ne istisne molekule PAM. Ovaj proces je povratan. Temperatura zamućenja se može

regulisati dužinom polioksietilenskog niza jer smanjenjem njegove dužine raste temperatura zamućenja.

Kada dođe do razdvajanja faza formiraju se rezervne materije.

KH (34, 175, 176, 177, 178)

4. ELEKTRIČNI DVOJNI SLOJ JONSKIH MICELA

Postoje dva osnovna sloja koja okružuju naelektrisanu koloidnu česticu. Jedan je adsorpcioni a drugi

difuzioni sloj. Zajedno ova dva sloja nose naziv električni dvojni sloj. Joni koji određuju potencijal i

predznak naelektrisane micele nalaze se na njenoj samoj površini. Joni koji su suprotnog naelektrisanja od

predznaka čestice nazivaju se protivjoni i mogu se nalaziti u oba sloja. Similarni joni su oni koji okružuju

naelektrisanu česticu a istog su naelektrisanja kao ona. Mogu se naći samo u difuzionom sloju zbog

odbijanja.

Potencijal koloidne čestice i predznak naelektrisanja određuju joni koji su adsorbovani u prvom sloju. Broj

ovih jona je stalan, dok je broj protivjona u adsorpcionom sloju promenljiv u zavisnosti od vrste i

koncentracije prisutnih elektrolita, i ne utiču na naelektrisanje same micele. U vodenom rastvoru micela sa

spoljne strane se nalaze jonogene grupe koje formiraju neravnu površinu sfere, u unutrašnjosti micele se

nalaze 2 hidrofobna sloja koji formiraju razuđenu graničnu površinu. Potencijal na granici faza je 0.

KH (218, 219, 220 )

5. ODREĐIVANJE VELIČINE, OBLIKA I STRUKTURE MICELA

Metoda rasipanja svetlosti (vidljivo i nevidljivo rasipanje). Za sferne micele je karakteristično Rejlijevo

rasipanje, a moguće je i Debajevo rasipanje, u slučaju da micele promene oblik. Ukoliko simetrija rasipanja

njije ista, to su cilindrične micele.

Mw – maseni prosek molekulskih masa

K – konstanta

Rθ – Rejlijeva konstanta

τ – mutnoća

c – koncentracija

U slučaju micelarnih koloida c se mora redukovati: C = c – KMK

Trigonometrijski dijagram je dijagram pomoću kojeg se određuje molekulska masa makromolekula

metodom rastipanja svetla.

KH (174, 175, 176, 177,178, 179, 180, 181 )

6. MICELARNI KONCENTROVANI RASTVORI, RAST MICELA I FAKTORI KOJI UTIČU NA RAST U ZAVISNOSTI

OD PRIRODE PAM

Kod nejonogenih PAM sa porastom ugljovodoničnog niza pospešuje se rast micele, a povećanjem broja

oksietilenskih ostataka rast micela se oteževa. Prisustvo elektrolita ne utiče na nejonogene PAM. Porastom

temperature povećava se mogućnost formiranja struktura viših nivoa.


Pri niskim koncentracijama <10% micele su sfernog oblika, povećanjem koncentracije im se povećava

agregacioni broj. Pri većim koncentracijama dolazi do promene oblika – cilindrične micele koje se potom

udružuju u agregate i formiraju kubne strukture. Tada dolazi do porasta viskoziteta. Ovo predstavlja

prelaznu fazu ka formiranju heksagonalne strukture u kojoj se oko jedne centralne cilindrične micele

rasporedi još 6 cilindričnih micela. Hexagonalna struktura obuhvata širi raspon koncentracija i ima povećan

viskozitet.

Cilindrični oblici i dalje rastu i prepliću se u prostoru u formi razgranate micele, formiraju kontinualnu

vodenu i kontinualnu micelarnu fazu. To je bikontinualna kubna faza, ima veliku moć soljubilizacije. Pri

daljem povećanju koncentracije bikontinualna kubna faza se razrušava i formiraju se lamelarne strukture.

Kod nejonogenih PAM se formira sunđerasta struktura. Lamele su sastavljene od 2 sloja PAM, a između

lamela se nalazi sloj vode koja trajno ostaje vezana. Ako se ovakvoj strukturi dodaje voda, dolazi do

bubrenja lamelarne faze do određenog kapaciteta, nako kojeg se lamele razrušavaju. A ako se povećava

koncentracija PAM u lamelarnoj strukturi, dolazi do formiranja obrnutih micela.

Od svih struktura micela, jedino lamelarna nema inverznu fazu. Kod jonogenih PAM nakon lamelarne

strukture retko imamo obrnute strukture, umesto toga izdvaja se micelarni rastvor. Kod nejonogenih PAM

brže dolazi do formiranja različitih nvoa struktura i nakon lamelarne imamo i obrnute micele kod kojih su

ponovo prisutne sve strukture. To je zbog tačke zamućenja. Merenjem viskoziteta može se odrediti

koncentracija pri kojoj se postiže lamelarna struktura.

KH (34, 35, 36, 37)

7. FAZNA STANJA MICELARNIH RASTVORA JONSKIH PAM I UTICAJ RAZNIH FAKTORA NA CPP

Kod PAM malog ugljovodoničnog niza (C8 – C10) povećanjem njihove koncentracije u rastvoru micele ostaju

u sfernom obliku, viskozitet se slabo menja, a kada se dostigne koncentracija od 40% nastaje separacija

faza bez faznih prelaza. Ovakve PAM se obično koriste kao koemulgatori.

PAM sa dugim hidrofobnim nizom >C12 pri određenoj koncentraciji formiraju strukture viših nivoa.

Povećanjem njihove koncentracije micele rastu i dolazi do faznih prelaza. Kod jonskih PAM ovi prelazi zavise

od:

dužine hidrofobnog niza – što je duži niz potrebne su manje koncentracije za promenu micela

temperature – pri nižim temperaturama potrebne su manje koncentracije za fazne prelaze

prisustvo elektrolita – dovode do bržeg obrazovanja micela

prisustvo soljubilizatora – nepolarni soljubilizator sprečava rast micela, dok se delimično

polarnisoljubilizatori smeštaju između molekula PAM i time povećava mogućnost obrazovanja faznih

prelaza pri nižim koncentracijama.

Kakvu ćemo strukturu micela dobiti zavisi od kritičnog parametra pakovanja (CPP) koji predstavlja

zapreminu koju zauzima 1 molekul PAM u sferi podeljenu sa proizvodom površine koju zauzima polarna

glava i dužine repa. Kod sfernih micela je CPP<1/3

V – zapremina hidrofobnog dela repa

ao – optimalna površina koju zauzima polarni deo

Ic – kritična dužina hidrofobnog dela


8. FAZNA STANJA MICELARNIH RASTVORA PAM U ZAVISNOSTI OD CPP I UTICAJ RAZNIH FAKTORA NA

CPP NEJONSKIH PAM

Kako se menja CPP sa koncentracijom? Jedino je u lamelarnoj strukturi CPP=1. U sfernoj je CPP<1/3, u

hexagonalnoj je 1/3<CPP<1/2, a reversna hexagonalna struktura ima CPP>1.

Kako se može povećati CPP pri konstantnoj koncentraciji PAM? Ako su u pitanju jonske PAM, CPP

povećavamo zamenom PAM sa nekom drugom koja ima duži ugljovodonični niz, razgranati niz, dodatkom

nejonogene PAM, snižavanjem temperature, dodatkom soli ili koemulgatora (viših alkohola). Ako imamo

nejonogene PAM, CPP povećavamo zamenom sa PAM dužeg hidrofobnog niza, povišenjem temperature,

zamenom sa PAM kraćeg oksietilenskog niza, sa razgranatim nizom, ili 2 ugljovodonična niza u 1 molekulu

PAM. Dodatak soli u ovom slučaju nema efekta. Svi ovi faktori su bitni za soljubilizaciju.

KH (35, 38, 39)

9. ADSORPCIJA PAM NA GRANICI FAZA ČVRSTO/TEČNO, SILE ADSORPCIJE, ADSORPCIONA IZOTERMA

Za pranje i otklanjanje nečistoća bitna je adsorpcija PAM na granične površine. Ovde imamo dve veličine

koje su karakteristične za njihovu adsorpciju:

efikasnost rastvora PAM – koncentracija PAM koja ja potrebna da bi se postigao određeni efekat

efikasnost adsorpcije – maksimalni efekat koji se može postići sa datom PAM, vezana je za

maksimalnu adsorpciju PAM na datoj površini.

Mehanizmi povezivanja PAM na aktivne centre adsorbensa su različiti, u zavisnosti da li se radi o jonskim ili

nejonskim PAM. Jonske PAM se vezuju za graničnu površinu putem jonske izmene ili formiranjem jonskih

parova, a nejonske se vežu hidrofobnim, vodoničnim ili dipolnim vezama. Kada se ispituje adsorpcija PAM,

onda se određuje ravnotežna koncentracija:

Ako uvrstimo i specifičnu površinu adsorbensa, dobijamo

Lengmjurova adsorpciona izoterma...

Pri maksimalnoj adsorpciji cela površina je prekrivena površinski aktivnom materijom. Iz površine koju

zauzima jedan molekul PAM možemo da odredimo kolika je stišljivost date PAM, odnosno kakvo se pakuje.

Bolji efekat pranja se postiže sa većim Γ.

KH (239, 240, 241, 242, 252, 253, 254, 255, 257, 258)

10. ADSORPCIJA PAM U ZAVISNOSTI OD PRIRODE ADSORBENSA, ADSORPCIJA NA GRANIČNOJ POVRŠINI

TEČNO/TEČNO

Nepolarni adsorbensi pri malim koncentracijama su više opruženi. Povećanjem koncentracije se skupljaju i

nakon određene vrednosti formiraju cilindreične tvorevine, tada nema više adsorpcije. Kod polarnih

adsorbenasa pri nižim koncentracijama imamo jedan tip pakovanja, a povećanjem koncentracije se formira

drugi adsorpcioni sloj. Na slici je prikazana orijentacija molekula PAM pri adsorpciji na polarne i nepolarne

adsorbense.

Adsorpcija jonskih PAM na polarne suprotno naelektrisane adsorbense i izgled adsorpcione izoterme:

a) adsorpcija prvog sloja, do KMK

b) formiranje dvosloja i naglo povećanje

količine adsorbovane materije

c) dolazi do blagog povećanja zbog dejstva protivjona


Pri adsorpciji na granici faza T/T važi Gibbsova adsorpciona izoterma. Kod nekih rastvora (kada σ opada),

adsorpcija se računa iz sledećih formula za jonske i nejonske PAM. Efekat odbijanja kod jonskih PAM

dovodi do duplo manje adsorpcije, ali on se može suzbiti dodatkom elektrolita u rastvor.

KH (245, 246, 247, 248)

11. PENE, STRUKTURA, OBRAZOVANJE I UTICAJ RAZNIH FAKTORA NA PENIVOST

Pene igraju važnu ulogu u procesu pranja jer se njima odvode nečistoće. Tako je pena poželjna kod

prnanja tepiha jer izvlači nečistoče, ali je npr. nepoželjna kod veš-mašina jer može da iscuri. Pene su

disperzni sistemi T/G gde je gasna faza dispergovana u tečnoj ili Č/G kod čvrstih pena (purpena).

Zapremina gasa može biti i 20 puta veća od zapremine tečnosti. Za obrazovanje tečnih pena potrebna je

tečnost i gas koji predstavlja ekspanzivni faktor. Tim gasom možemo povećati površinu tečnosti tako što

vršimo rad:

Da bi se smanjio potreban rad, mora se smanjiti i σ, tako da pene nastaju isključivo u prisustvu PAM. PAM

snižava površinski napon za ≈30 mN/m2 Na slici je prikazan izgled pene u zavisnosti od udela gasne faze.

Vrlo mala površina tečnosti se nalazi u poliedarskim penama. To su prave pene i relativno su stabilne. Kako

nastaju? Ako imamo dva mehura u rastvoru oni će svojim lamelama formirati sloj koji će imati dve granične

površine. Ukoliko su oba mehura iste veličine, onda je pritisak u jednom jednak pritisku u drugom mehuru,

pa se može napisati da je pritisak gasa u jednom mehuru:

σ – površinski napon

r – poluprečnik mehura

Ukoliko je jedan mehur manji od drugog, u njemu će vladati veći unutrašnji pritisak i on će udubljivati veći

mehur, osim ako nije suviše mali.Kada dođe i treći mehur, on će formirati lamele sa prethodna dva spojena

mehura pod uglom od 120o. Četvrti mehur se u početku vezuje pod uglom od 90o, ali pošto takva forma

nije stabilna, menja se ugao na 120o.

Šta se dešava u lamelama pod uglom od 120o? Kada se tri mehura spoje, na sastavu se formira veća

zapremina i na sredini se formira Platoov kanal. Taj kanal je uzrok nestabilnosti pene jer kako se tečnost

prazni iz kanala, dolazi do pucanja opne pene. Na svakom roglju kod poliedarske pene sastaju se 4

Platoova kanala pod uglom od 109o.

Faktori koji utiču na penivost:

PAM – bez njihovog prisustva nema ni pene

Niži alkoholi i masne kiseline – nemaju veliku sposobnost obrazovanja pene ili formiraju vrlo

nestabilne pene. Oni se često koriste kao antipenušavci

Protivjoni – značajni u formiranju pene, bolje su pene sa K+ nego Na+

jonima

Anjonske PAM – sulfati, sulfonati sa C10-15 grade najstabilnije pene

Nejonske PAM – grade stabilne pene sa C10-12

Koncentracija PAM – molekuli se adsorbuju na granici faza, ali kada se stvore micele one se neće

adsorbovati. Penivost je najbolja kada je kncentracija PAM približna KMK

Temperatura – utiče različito u zavisnosti od prirode PAM. Kod jonskih penivost raste sa porastom

temperature, do određene granice. Kod nejonskih penivost raste do tačke zamućenja a onda opada.

pH vrednost – ima veću ulogu kod jonskih PAM, svaka PAM ima karakterističan pH na kojem daje

najbolju penivost

Prisustvo elektrolita – kod jonskih PAM omogućava formiranje elastičnih opni čime se povećava

stabilonost pene


Tvrdoća vode – što je voda mekša to je pena stabilnija. Pošto soli tvrdoće vode utiču na stabilnost

pene, u vodu se dodaju materije koje kupe jone.

Prisustvo makromolekula – u malim koncentracijama mogu povećati stabilnost pene, ali se na

povišenim temperaturama smanjuje njihova rastvorljivost (NaKMC, MC, hidroksi-etil-celuloza)

KH (380, 381, 382)

12. KLASIFIKACIJA I KARAKTERISANJE PENA

Smatra se da postoje dve vreste pena: stabilne i nestabilne pene. Kod stabilnih pena je vreme života

relativno dugo od 10min do nekoliko dana. One se razrušavaju mehanički ili dodatkom materija za njihovo

razrušavanje, ako nisu poželjne. Nestabilne pene formiraju PAM sa kratkim ugljovodoničnim nizom i njihovo

vreme života je oko 10-20s. Stabilnost pene određuje vreme koje je potrebno da se ona razdvoji na tečnu i

gasnu fazu.

Karakterisanje pena

1. Stabilnosti pene se ispituje Ross-Miles-ovom metodom:

praćenje postojanosti pene

merenje visine pene

određivanje vremena poluživota pene, tj. vremna koje prođe dok se zapremina pene smanji

za polovinu

određivanje vremena potrebnog da se pena potpuno razdvoji na gasnu i tečnu fazu

merenje zapremine tečnosti koja istekne iz pene za određeno vreme

2. Disperznost pene – pena će u početku imati određenu raspodelu veličine mehurića, vremenom ona

postaje sve ređa.

3. Prinos pene – ekspanzioni faktor

4. Gustina pene

PR (17, 18, 19)

13. STABILNOST PENE, GIBS-MARANGONIJEV EFEKAT I FKTORI KOJI UTIČU NA STABILNOST

Gibs-Marangonijev efekat: kada produvavamo vazduh kroz tečnost, mehurići podižu granični sloj. Stvara se

dvosloj unutar kojeg se nalazi tečna faza. Širina tečne lamele je ≈1 μm na početku, oticanjem vode kroz

kanale opna se smanjuje do 20nm i tada puca. Cilj nam je da očuvamo stabilnost pene, a za to je

neophodna elastičnost opni. Zato svaka pena mora sadržati PAM. Elastičnost se definiše kao sposobnost

opne da se nakon istezanja regeneriše i sačuva potrebnu debljinu kako ne bi došlo do njenog pucanja.

Stabilnost pene se može povećati tako što će se smanjiti oticanje tečnosti kroz Platoove kanale. To se

postiže povećanjem viskoziteta tečne faze, dodavanjem elektrolita ili makromolekula, prisustvom emulzija ili

čvrštih čestica. Veoma je bitna koncentracija PAM, jer ako je ona <KMK doći će do pucanja opne. Lamela

se najbolje regeneriše ukoliko je koncentracija =KMK ili nešto viša. Ako je koncentracija PAM jako velika u

tečnoj fati će se nalaziti i micele pa prilikom isticanja nema površinskog transporta. Adsorbovaće se PAM iz

sredine na granicu faza.

Kako povećati elastičnost opne?

regulacijom koncentracije PAM – da sprečimo drenažu

povećanjem viskoziteta tečne faze – dodavanjem glicerola, propilenglikola, elektrolita (formiraju se

više strukture)


ubacivanjem praškastih čestica ili emulzija – ne smeju imati afinitet prema granici faza. One se

zaglavljuju u Platoove kanale i tako sprečavaju oticanje vode

kombinacijom anjonskih i nejonskih PAM

KH (382, 383)

14. BOJA PENE, REGULACIJA PENE, ANTIPENUŠAVCI

Boja pena se stalno preliva. Bezbojne su one koje imaju debelu opnu, promenom debljine opne javlja se

spektar boja usled interferencije odbijenih zraka. Pena je u početku bezbojna ili siva, a na kraju postaje

crna i puca.

Prilikom izvođenja nekih procesa potrebno je suzbiti nastajanje pene ako ona može da šteti. Regulacija se

može postići na dva načina: suzbijanjem stvaranja pene, ili razrušavanjem već nastale pene. Pene se gase

dodavanjem nižih alkohola i masnih kiselina, ali dejstvo nije trajno jer se pena kasnije opet može stvoriti.

Antipenušavci su PAM koje imaju niži σ od prisutnih PAM u peni, ali nemaju sposobnst obrazovanja pene

već se šire po graničnoj površini. Dejstvo antipenušavaca se može ilustrovati:

a) razlivanjem antipenušavca po opni izaziva oticanje vode kao kod Gibs-Marangonijevog efekta, dolazi

do pucanja opne

b) lamela takođe puca i kada antipenušavac formira most sa susednom lamelom i izdužuje je

c) u slučaju hidrofobnih antipenušavaca dolazi do prekidanja lamele, ostaje kapljica antipenušavca

KH (383, 384)

15. TEORIJA OTKLANJANJA NEČISTOĆA, OTKLANJANJE ČVRSTIH NEČISTOĆA

U procesu pranja uključeni su sledeći mehanizmi: adsorpcija (iz tečnosti), površinski i međupovršinski

napon tečnosti, penivost, emulgovanje, soljubilizacija, dispergovanje, flokulacija i sedimentacja.

Posmatramo 3 veličine: S – supstrat; D ili O – čvrsta ili tečna nečistoća; W – vodeni rastvor deterdženta.

Supstrati (S) imaju različite osobine, a da li će biti hidrofilne ili hidrofobne prirode zavisi od toga da li je

površina porozna ili ne. Nečistoće (D, O) mogu biti različitog porekla. Pri različitim kompozicijama

deterdženata mogu se ukloniti sledeće nečistoće:

materije rastvorljive u vodi – urea, znoj, neorganske soli

masne materije – sadrže vodu i ulje

boje – oksidativne i neoksidativne, potiču iz voća, povrća, kafe, čaja, vina

pigmenti – neorganskog porekla, humus, karbonati, silikati, oksidi

proteini – jaja, krv, mleko (lako se otklanja sa tkanine)

polisaharidi

Ipak, najčešća nečistoća predstavlja smešu svih ovih materija. Za njihovo otklanjanje najvažniji su

površinski i međupovršinski napon. Glavna komponenta koja utiče na moć pranja jesu detersženti. Sama

PAM nije sposobna da otkloni nečistoću, zato se dodaju i materije koje će imati sinergističko dejstvo.

Materije koje potpomažu dejstvo deterdženata su omekšivači, izbeljivači i enzimi koji imaju aktivno dejstvo

na nečistoće. Takođe se dodaju i puferi, sredstva za soljubilizaciju, za sprečavanje deponovanja nečistoća i

ostale koje se dodaju u manjim procentima.


Na slici su prikazane različite faze uklanjanja nečistoće sa čvrste površine.

1 – kvašenje nečistoće sa PAM

2 – adsorpcija PAM na nečistoću i površinu

3 – odvajanje od supstrata

4 – prelazak nečistoće u rastvor

5 – stabilizacija nečistoće u rastvoru

Da bi se formirao dobar deterdžent prvo se mora ispuniti uslov da on dobro kvasi površinu. Za potpuno

otklanjanje nečistoće nije dovoljan samo deterdžent, već i dejstvo temperature, naročito kod otklanjanja

voskastih komponenata nečistoće. Kod otklanjanja čvrstih nečistoća je kvašenje nečistoće i supstrata

deterdžentom. Nakon razlivanja deterdženta po nečistoći...

Nakon razlivanja deterdženta po supstratu...

Što je veći koeficijent razlivanja, bolje je kvašenje.

Da bi se nečistoća otklonila, potrebno je savladati rad adhezije koji je:

Regulisanjem rastvora deterdženta može se dobiti sve manji Aa, i kada međupovršinski napon padne na

nulu, nečistoća će se potpuno otkloniti. Povećanjem koncentracije deterdženta usled adsorpcije PAM,

smanjuje se σD/W i σS/W, tako da se smanjuje rad adhezije i olakšava se uklanjanje nečistoća. Ovaj proces se

dodatno pospešuje mehaničkim dejstvom i prisustvom naelektrisanja (anjonske PAM). Takođe je važno da

li je nečistoća naelektrisana ili ne, jer se naelektrisane čestice lakše odvajaju. Ukoliko se koriste nejonske

PAM, postoje sterne smetnje.

16. TEORIJA OTKLANJANJA NEČISTOĆA, MEHANIZAM OTKLANJANJA TEČNIH (ULJNIH) NEČISTOĆA SA

POLARNE TKANINE

Ovde posmatramo ugao kvašenja, ukoliko uljna nečistoća nema afinitet ka polarnoj tkanini ugao će biti

>90o, a ukoliko ima afinitet ugao je <90o. Prilikom pranja se teži da ugao kvašenja pređe 90o jer onda

kapljice nečistoće postaju sve više sferne i smanjuje se površina između nečistoće i supstrata, lakše se

odvajaju. Veće kapi ulja se lakše uklanjaju sa supstrata od malih kapljica. Jungova jednačina.

Ukoliko su kapi <1μm jako će se teško odvajati jer je površina mnogo veća u odnosu na zapreminu, nego

što je to slučaj kod većih kapi. Mehanizam pranja:

adsorpcija između ulja i rastvora – vrlo je brza, sa povećanjem koncentracije deterdženata brzo se

smanjuje međupovršinski napon

adsorpcija između površine i rastvora – spora je jer se mađupovršinski napon slabo menja ili se ne

menja uopšte

Kada se uljana kapljica nalazi na polarnom supstratu, ugao kvašenja je 90o<θ<180o, dodavanjem PAM

ugao se povećava dok u jednom momentu ne dođe do otkidanja kapi sa površine. Potrebno je i mehaničko

dejstvo. Ne smeju se koristiti PAM koje smanjuju međupovršinski napon između samih kapi nečistoće i

difunduju.

Određivanje kritične vrednosti σ kvašenja po Zismanu.

Kada je cosθ=1 kvašenje je potpuno


17. TEORIJA OTKLANJANJA NEČISTOĆA, MEHANIZAM OTKLANJANJA TEČNIH (ULJNIH) NEČISTOĆA SA

NEPOLARNE TKANINE

Kada se kapljica ulja nalazi na nepolarnom supstratu, ugao kvašenja je <90o, i nikako se ne može postići

povećanje ugla samo sa regulacijom deterdženta. Ovde će se težiti smanjenju međupovršinskog napona

između ulja i samog deterdženta, tj. teži se ka emulgovanju ulja. Ulje ima veći afinitet prema rastvoru

deterdženta nego prema tkanini, ali jedan sloj i dalje ostaje na supstratu, ne može se potpuno ukloniti.

Tada se prelazi na drugi mehanizam – soljubilizaciju. Najveća moć otklanjanja postiže se nakon dostizanja

KMK. Na grafiku je prikazano odstranjivanje ulja sa tkanine u zavisnosti od koncentracije deterdženta.

18. MEHANIZMI SUSPENDOVANJA OTKLONJENIH NEČISTOĆA U PROCESU PRANJA I OSNOVNI PRINCIPI

FORMIRANJA FORMULACIJE DETERDŽENATA

Nečistoća se može ponovo adsorbovati na tkaninu i ukoliko dođe do pregiba tkanine ta nečistoća postaje

vidljiva. To se može sprečiti na nekoliko načina:

emulgovanje i soljubilizacija unutar micela – nejonogene PAM daju bolji efekat ako imaju nižu KMK,

bitna je tačka zamućenja. Što je veća koncentracija micela, soljubilizati su stabilniji

sterna barijera i povečanje elektrostatičkog odbijanja – korišćenjem specijalnih deterdženata sa

dugim nizovima ili omogućavanjem zadržavanja naelektrisanja na česticama

dodavanjem makromolekularnih materija – vezuju se za odvojene nečistoće, koristi se kada

dominira proces emulzifikacije

Sredstva za pranje

Deterdženti sadrže veliki broj komponenata, nekad ih može biti i 25, ali se mogu svrstati u nekoliko glavnih

grupa. Navažnije komponente deterdženata su: PAM, bilderi (smanjuju dejstvo PAM), sredstva za beljenje,

aditivi. Mogu se dodavati npr. enzimi. PAM koje se koriste za deterdžente trebalo bi da imaju sledeće

osobine:

1) specifična adsorpcija

2) dobro otklanjanje nečistoće

3) mala osetljivost na tvrdoću vode

4) dobre disperzione osobine

5) dobro kvašenje

6) veika rastvorljivost

7) željena penivost

8) stabilnost tokom skladištenja

9) mala toksičnost za ljude

10) neškodljiva za okolinu

11) pristupačna cena

19. ANJONSKE PAM, OPŠTE OSOBINE, GLAVNI PREDSTAVNICI I NJIHOVE OSOBINE

Anjonske PAM se prema prirodi polarne grup mogu svrstati u nekoliko kategorija:

Karbosilikati

Ovde spadaju sapuni koji se dobijaju delovanjem baza na masti i ulja. To su ujedno i prve otkrivene

PAM. Baze koje se koriste su: NaOH, KOH i TEA. Rastvaraju se i u polarnom i u nepolarnom

rastvaraču. U početku su bili osnovna komponenta deterdženata, prvenstveno zbog toga što su

jeftini. Nedostaci su im osetljivost na tvrdoću vode i izdvajanje u kiseloj sredini u vidu nerastvorne

karboksilne kiseline.


Zbog velike moći pranja i penjenja i dalje se koriste u formulacijama deterdženata. Ako se dodaju u

malim % mogu da, sinergistički sa nekim sintetskim materijama, deluju kao antipenušavci. Dodaju

se u deterdžente koji sadrže celulozna vlakna jer izazivaju bubrenje i lakše se uklanja nečistoća.

Ukoliko se koriste u kombinaciji sa omekšivačima, tkanina ostaje kruta i puca.

Sulfati

Alkil-sulfati (alkohol-sulfati) nastaju reakcijom masnih alkohola i H2SO4. Imaju veliku površinsku

aktivnost i moć uklanjanja nečistoće, nisu osetljivi na tvrdoću vode, dobro pene i dobri su

soljubilizeri. Ako je umesto Na amonijumov jon, mogu se rastvarati u . Mana im je to

što se lako razgrađujuu kiseloj sredini i imaju iritirajuće dejstvo na kožu. Primer je tursko crveno

ulje.

Alkil-etar-sulfati imaju veću hidrofilnu grupu, tj. sa porastvom poli(oksietilenskog) niza raste

rastvorljivost PAM. Nisu osetljivi na tvrdoću vode, zahvaljujući etarskoj grupi. Skupi su i relatvno

retko se koriste za deterdžente (tečne). Ne iritiraju kožu pa su češće u formulacijama šampona i

kozmetičkih proizvoda. Moraju se puferovati jer su osetljivi na kiselu sredinu. Najbolje se rastvaraju

ako je koncentracija aktivne materije 30% ili 65-70%, a između tih vrednosti je u obliku tvrdog

gela.

Sulfonati

Alkil-sulfonati (L-oleil-sulfonati) imaju S direktno vezan za ostatak masne kiseline. Povećanjem

dužine hidrofobnog niza raste moć pranja, ali opada rastvorljivost. Koriste se u formulacijama za

pranje na povišenim temperaturama, stvaraju stabilnu penu i imaju veliku moć kvašenja. Osetljiviji

su na tvrdoću vode od karbosilikata. Biodegradabilni su i koriste se u deterdžentima za pranje

posuđa.

Alkil-benzen-sulfonati između hidrofobnog repa i aktivne grupe imaju benzenov prsten. Jako su

osetljivi na tvrdoću vode, ali i jedni od najjeftinijih PAM. U zavisnosti od prirode hidrofobnog niza

varira biodegradabilnost, ona opada ako se niz grana. Najčešće se dobijaju se u obliku DBS paste,

ali mogu se naći u različitim formama. Uvek se mora odrediti % tečne faze, naročito u praškastim

oblicima. Grade stabilnu penu, ali u kombinaciji sa sapunima imaju sinergističko dejstvo kao

antipenušavci. Koriste se i u kombinaciji sa nejonogenim, a stabilni su i u kiseloj sredini.

Sulfosukcinati su skupi i jako osetljivi na baznu sredinu i ne koriste se u deterdžentima, nego u

kozmetičkim proizvodima. Blago deluju na kožu pa se nalaze u formulacijama sapuna za ruke. Dobri

su soljubilizeri.

Fosfati

imaju PO43– grupu, veliku moć kvašenja, ali ne i pranja. Koriste se kao sredstva za emulgovanje,

dobro se rastvaraju u elektrolitima i nisu osetljivi na tvrdoću vode. Dobri su antikorozivi pa se

koriste u sanitarijama, a neki imaju i antibakterijsko dejstvo.

Na grafiku je prikazano otklanjanje nečistoće sa vune u zavisnosti od tvrdoće vode, na 30oC

Najznačajnije osobine anjonskih PAM:

1) imaju najbolju moć pranja, jeftini su i glavna su komponenta deterdženata za pranje

2) osetljivi su na tvrdoću vode

3) predstavljaju najveću i najznačajniju grupu PAM

4) nisu kompatibilni sa katjonskim PAM


5) kratki POE nizovi između anjonske grupe i hidrofobnog ostatka značajno povećavaju toleranciju na

soli i rastvorljivost u organskim rastvaračima

6) u prisustvu kiselina sulfati su podložni hidrolizi, dok su drugi tipovi anjonskih PAM stabilni (ne u

ekstremnim uslovima)

7) vezuju se za proteine i ako se nađu u vodi utiču na vodeni svet

20. NEJONOGENE PAM, OPŠTE OSOBINE, GLAVNI PREDSTAVNICI I NJIHOVE OSOBINE

Danas se sve više koriste u industriji deterdženata i posebno u kozmetičkoj industriji. Kao polarnu grupu

imaju polietarsku ili polihidroksilnu grupu. Od polietarskih, to je POE niz a hidrofobna grupa je obično od

amida, amina i alkil-fenola. Polihidroksilni se izvode iz glicerola ili mono- i polisaharida.

Etilen-oksidi

o Alkohol-etoksilati imaju različite HLB vrednosti. Ako je odnos hidrofilnog i hidrofobnog dela >50

imaju veći HLB, a ako je <50 imaju niži HLB.Najbolju moć pranja imaju na temperaturi bliskoj

temperaturi zamućenja. Mogu se kombinovati sa svim PAM, nisu osetljivi na elektrolite i pH sredine.

U kombinaciji sa anjonskim PAM formulišu se deterdženti za različite vrste tkanina, posebno

sintetske materijale kod kojih nije potrebna visoke temperatura pranja. U prisustvu nejonogenih

PAM najbolja moć pranja se postiže pri 30oC jer je to približno njihovoj Tz. Ne sme se preterivati sa

dužinom POE lanca jer njegovim porastom opada moć pranja. Imaju nisku K , elektroliti

snižavaju tačku zamućenja i zato se koriste u industrijskim deterdžentima.

o Alkil-fenol-etoksilati su jeftiniji od alkohol-etoksilata, dobro otklanjaju nečistoće, ali su akvatoksični

(posebno za ribe). Imaju manju težnju ka želiranju, otporni su na oksidativna sredstva (peroksidi,

perborati) i koriste se u kiselim deterdžentima.

o Amin-etoksilati

Imaju ostatak masne kiseline (R), polioksietilenski niz i x grupu. Ako im je POE niz kraći onda u

kiseloj sredini ispoljavaju katjonski karakter i gube deterdžentsko svojstvo. Povećanjem dužine POE

niza katjonski karakter opada i povećava se moć pranja. Dobri su antikorozivi i antistatici.

Blok kopolimeri

Imaju 2 POE niza i 1 polipropilenski niz. U vodi su rastvorljivi oni koji imaju HLB>10 a u ulju HLB<10,

tako da se mogu koristiti i u organskim i u vodenim fazama. Ne koriste se u deterdžentima jer su skupi

i imaju malu penivost. Upotrebljavaju se kao regulatori opne, sredstva za kvašenje, soljubizeri u

kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji. Dobri su dispergatori pa se primenjuju kod uklanjanja kamenca i

pigmenata.

Amin-oksid

Ubraja se i u cviterjonske i katjonske PAM. Ako je pH<3 imju katjonski karakter a u neutralnoj i baznoj

sredini su nejonogene prirode (cviterjonske). Retko se koriste u industriji deterdženata, češće u

kozmetici. Stvaraju lepo, stabilnu penu, dobro otklanjaju nečistoće i ne iritiraju kožu pa se koriste u

formulacijama za šampone i kupke. Imaju veliku moć rastvaranja i u prisustvu elektrolita i oksidativnih

sredstava pa se dodaju alkil-sulfatima i alkil-etar-sulfatima kao stabilizatori.


Alkanoamidi

Imaju ostatke masnih kiselina (R), mono- i dietanolamid. Koriste se u kozmetičkoj industriji jer dobro

stabilizuju penu, koriguju viskozitet i dobri su ugušćivači, posebno monoetanolamidi iako su mnogo

manje rastvorljivi u vodi od dietanolamida. Dobri su premašćivači.

Šećerni estri

Stabilni su u neutralnoj i baznoj sredini, kompatibilni sa svim PAM i tolerantni na visoke konc.

elektrolita i tvrdoću vode.

o Alkil-poliglikozidi imaju ostatak šećera i hidrofobni niz. Biodegradabilni su, raspadaju se na CO2 i H2O

pa se često nazivaju i biotenzidi. Dobro pene i prijatni su za kožu, mogu se naći u skupljim

deterdžentima za fine tkanine.

o SPAN-ovi i TWEEN-ovi

To su estri sorbitola i masnih kiselina, nisu rastvorljivi u vodi i služe za pripremanje emulzija V/U,

rastvaraju se u organskim rastvaračima. Koriste se u prehrambenim proizvodima kao stabilizatori

npr. u majonezu i margarinu. Ako se jedna OH-grupa etoksiluje dobijaju se Tween proizvodi.

Etoksilovani estri sorbitola i masnih kiselinase koriste za soljubilizaciju u sistemima U/V. Imaju

široku primenu u kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji, ne koriste se u deterdžentima jer su skupi i

tečni. Nemoju jonogene grupe i nisu toksični za organizam.

Najvažnije karakteristike nejonskih PAM:

1) Kompatibilne su sa svim ostalim PAM

2) Nisu osetljive na tvrdoću vode i prisustvo elektrolita

3) Imaju niske vrednosti KMK

4) Dobra su sredstva za kvašenje, emulgatori i deterdženti

5) Fizičko-hemijske osobine im jako zavise od temperature. Sa povećanjem temperature opada im

rastvorljivost jer raste hidrofobni karakter, za razliku od jonskih. Nejonske na bazi šećera ipak

pokazuju normalnu zavisnost od temperature, rastvorljivost se povećava sa porastom temp.

21. KATJONSKE PAM, OPŠTE OSOBINE, GLAVNI PREDSTAVNICI I NJIHOVE OSOBINE

Predstavljaju grupu od 5-6% PAM koja nije značajna za pranje. Koriste se samo u specijalnim proizvodima.

Osnovne karakteristike su im prisustvo “+” naelektrisanja i sposobnost vezivanja za anjonske površine

(ćelijske membrane). Lako grade strukture viših nivoa, kompatibilni su sa elektrolitima i tvrdoćom vode a

nekompatibilni sa proteinima i anjonskim PAM. Ne pene dobro i nisu dobri deterdženti, ali su dobri

omekšivači, antistatici, baktericidi i fungicidi. Najviše se upotrebljavaju prim. sec. i terc. amini koji u baznoj

sredini gube svoj katjonski karakter, sposobnost omekšavanja i baktericidno dejstvo. Uglavnom se ne

koriste u industriji deterdženata, već u kozmetici jer su prijatni za kožu. Ako se umesto CH3- grupe ubaci

polioksietilenski niz, opada im katjonski karakter pa se mogu kombinovati sa anjonskim PAM.

Mnogo širu primenu imaju kvaterna amonijumova jedinjenja kao što su alkil-trimetil-amonijumova i dialkil-

dimetil-amonijumova jedinjenja. Koriste se kao baktericidi i antistatici, nisu osetljivi na pH sredine. Alkil-

trimetil-amonijumova jedinjenja se koriste kao referntna katjonska materija, imaju istu ulogu kao Na-

dodecilsulfat što ima u anjonskim. Dobro se adsorbuju na vlakna i dobri su omekšivači. Ako se još jedna

CH3- grupa zameni alkil grupom dobijamo trialkil-amin koji se koristi u šamponima tipa 2 u 1.


Etoksilovana kvaterna amonijumova jedinjenja se dosta koriste zahvaljujući svojoj većoj rastvorljivost u

vodi. Nemaju antistatičko ali imaju baktericidno i fungicidno dejstvo. POE niz se smanjuje a hidrofobni se

povećava da bi . Od alkil-dimetil-benzil-amonijum hlorida značajan je benzalkonijum

hlorid. To su snažni antiseptici, ne koriste se kao omekšivači jer su skupi. Uglavnom se kombinuju sa

nejonskim u formulacijama za tečne sapune i u sanitarijama.

Sve katjonske PAM sprečavaju razvoj bakterija i sprečavaju kontaminaciju tkanina. Pored deterdženata

koriste se u prehrambenoj industriji za sterilizaciju tankova i reaktora, često u kombinaciji sa polimerima.

Generalno nisu dobri deterdženti i penušavci. Osnovna primena katjonskih PAM zavisi od sposobnosti

adsorpcije na različite površine:

POVRŠINA PRIMENA metal antikoroziv

neorganski pigmenti disperzant plastika antistatik vlakna antistatik – omekšivač

kosa antistatik – kondicioner bakterije baktericid

Najvažnije osobine katjonskih PAM:

po veličini su treća grupa PAM

nisu kompatibilni sa anjonskim PAM (ima izuzetaka)

hidrolitički stabilni

pokazuju veću akvatoksičnost u odnosu na ostale PAM

Dobro se adsorbuju na površine i glavna primena im je upravo modifikacija različitih površina

22. AMFOTERNE PAM, OPŠTE OSOBINE, GLAVNI PREDSTAVNICI I NJIHOVE OSOBINE

U amfoterne PAM spadaju prave amfoterne i cviterjonske PAM. Koriste se u kozmetičkoj industriji kao

regulatori viskoziteta, prijatni su za kožu pa se koriste i u dečijim proizvodima i proizvodima za negu

osetljive kože. Nalaze se takođe i u sredstvima za čišćenje sanitarija i specijalnim deterdžentima za pranje

vune. Osnovna struktura se sastoji od: N, (CH2)n, COO–, ostatka masne kiseline i 2H atoma u neutralnoj

sredini. Dakle, ima i pozitivno i negativno naelektrisanje u neutralnoj sredini. Ako se povećava alkalitet,

gube se atomi vodonika i ostaje samo “–“ naelektrisanje. U kiseloj sredini se COO– vezuje za jedan H atom i

ostaje jedno “+” naelektrisanje. U zavisnosti od cviterjonske tačke, mogu biti naelektrisani – u baznoj,

odnosno + u kiseloj sredini. U cviterjonskom stanju nema slobodnih H atoma. Sa anjonima grade mešane

micele koje povećavaju penivost.

Betaini su cviterjonske PAM. Naziv potiče od osnovnog jedinjenja iz kojeg nastaju, trimetilglicin-betain.

Najviše su u upotrebi alkil-amido-propil-betaini koje se dobijaju iz kokosa, nazivaju se još i

kokoalkilamidopropilbetain. Svi betaini imaju baktericidno i fungicidno dejstvo, ako nisu ispod IET

kompatibilni su sa anjonskim PAM. Koriste se kao ugušćivači kod šampona. U kiseloj sredini dobijaju

katjonski karakter i koriste se kao fungicidi i baktericidi. Ukoliko je prisutna izvesna količina NaCl taj efekat

se povećava. Proizvode se kao 30% rastvori.

Imidazolini su amfoterne PAM koje se koriste kao omekšivači za tkanine i u kozmetičkim proizvodima za

ličnu higijenu. Treba voditi računa o kompatibilnosti sa drugim komponentama u formulacijama. Imaju NH+

grupu, u zavisnosti od IET mogu imati pozitivno i negativno naelektrisanje u baznoj i kiseloj sredini, a

najveća površinska aktivnost im je oko IET. Dobro se rastvaraju u vodi i imaju dobre emulgacione osobine.


Najvažnije karakteristike amfoternih PAM:

najmanja su grupa površinski aktivnih materija (delimično zbog cene)

kompatibilni su sa svim ostalim PAM

23. SIROVINE ZA PROIZVODNJU DETERDŽENATA, NJIHOVA ULOGA U FORMULACIJI, BILDERI

Bilderi direktno utiču na izgled pranja, dodaju se u većim koncentracijama u deterdžente za razliku od

ostalih pomoćnih sirovina koje su prisutne u malom % ili ih uopšte nema, u zavisnosti od namene

deterdženta. U pomoćne sirovine za proizvodnju deterdženata spadaju: 1. bilderi

2. sredstva za beljenje

3. optička sredstva za izbeljivanje

4. sredstva protiv posivljenja

5. sredstva protiv prenošenja boje

6. antipenušavci

7. enzimi

8. antikorozivi

9. mirisi i boje

10. hidrotropi

Bilderi sadrže materije koje potpomažu proces pranja, omekšavaju vodu i za sebe vežu jone teških metala

koji potiču iz vode, tkanine, nečistoće... Danas se koriste 3 vrste bildera: alkalije, kompleksirajuća sredstva i

izmenjivači jona. Bilderi moraju da:

1) eliminišu jone metala iz vode, tekstila i nečistoće

2) otklone nečistoće i mrlje na osnovu specifične deterdžentske sposobnosti za određene tkanine i

nečistoće

3) povećaju sposobnost deterdženta i olakšaju dispergovanje nečistoće

4) sprečavaju taloženje kamenca na tekstil i mašinu

5) imaju dobru hemijsku stabilnost, kompatibilni sa drugim aditivima, nisu higroskopni

6) imaju nisku toksičnost za ljude i okolinu

7) budu jeftini

Alkalije

Koristile su se kao prvi bilderi: Na- i K-karbonat, kao i Na-silikat. Otklanjaju tvrdoću vode tako što

precipituju jone. Moderni bilderi ne precipituju tvrdoću već je otklanjaju kompleksiranjem ili

jonoizmenom. U novije vreme koriste se i mono- i difosfati koji deluju u alkalnoj sredini tako što prilikom

bubrenja vlakna ona postaju negativno naelektrisana, nečistoća se onda odbija o njih i lakše se

mehanički uklanja. Mana alkalija je to što nakon vezivanja jona dolazi do precipitacije.

Kompleksanti

Kompleksirajuća sredstva formiraju stabilne komplekse koji su rastvorljivi u vodi sa prisutnim jonima

teških i zemnoalkalnih metala. Obično se kao rezultat kompleksiranja dobijaju helati. Kompleksanti su

skuplji od alkalija, a najviše se koriste trifosfati, uglavnom Na-trifosfat. Oni imaju najbolje dejstvo na

temperaturi iznad 60oC, odlično otklanjaju jone metala, ali nedeluju na nižim temperaturama. To se

može regulisati povećanjem njihove koncentracije. Mana im je to što se pri nedovoljnoj koncentraciji

gradi dikalcijum-trifosfat koji precipituje. Uz trifosfate se dobijaju polikarboksilne kiseline da bi se

onemogućilo ponovno taloženje. Danas se izbegava korišćenje fosfata jer izazivaju bujanje algi,

zamenjuju se nekim drugim bilderima koji su manje akvatoksični.


Jedan od njih je EDTA, etilen-diamino-tetrasirćetna kiselina koja je potpuno biodegradabilna i nije

akvatoksična. Ipak, zbog cene nema širu primenu u proizvodnji deterdženata. Češće se može naći kao

komponenta krema. Limunska kiselina se takođe koristi, u količinama do 10% (veće koncentracije se

koriste u kozmetici). Nitrilosirćetna kiselina NTA je dobar kompleksant ali joj je mana to što je osetljiva

na prisustvo Cd i Hg. Kompleksirajući agensi se često nazivaju serklestranti.

Izmenjivači jona

To su polikarboksilne kiseline poput poliakrilne kiseline i zeolita. Zeoliti su alumosilikati, jako dobro

izmenjivači jona koji danas sve više potiskuju trifosfate iz upotrebe jer nisu akvatoksični. Za izmenu jona

im je potrebno neko vreme, a najbolji su ako se primenjuju u obliku kristala.

Danas se najčešće ide na kombinaciju bildera jer se fosfati često ne mogu izbaciti iz formulacije pa se

kombinuju sa karbonatima, Na-karbosilatima, alkalijama, zeolitima i polikarboksilnim kiselinama.

24. SIROVINE ZA PROIZVODNJU DETERDŽENATA, NJIHOVA ULOGA U FORMULACIJI, SREDSTVA ZA BELJENJE

Efekat izbeljivanja se može postići fizičkim i hemijskim putem. Fizičko beljenje je mehanički postupak

otklanjanja nečistoća koje se bazira na refleksiji, a hemijsko beljenje podrazumeva otklanjanje mrlja

procesom oksidacije. U oxidativnom izbeljivanju tokom pranja najvažnija su dva postupka: peroksidno i

hipohloritno izbeljivanje.

Kod peroksidnog izbeljivanja se H2O2 u baznoj sredini raspada na H2O i HO2– od čega hidrogen-peroksidni

jon vrši proces beljenja. Oksidacijom ovi izbeljivači prevode boju u nevidljiv oblik na belom svetlu. Najčešće

se koristi Na-perborat tetrahidrat koji je mnogo aktivniji na povišenoj temperaturi i u alkalnoj sredini. Koristi

se i monohidrat Na-perborata koji je stabilniji. Sadrži manji % vode pa ima više aktivne komponente,

dodaje se u kompaktnije deterdžente koji se koriste u manjim količinama. Koristi se i Na-perkarbonat koji je

aktivan i na nižim temperaturama ali je vrlo nestabilan.

Hipohloritno izbeljivanje se danas dosta koristi jer je hipohlorit aktivan i na nižim temperaturama, deluje na

principu aktivnog hlora. Hlorit u baznoj sredini prelazi u hipohloritni jon koji pored izbeljivanja ima i

antibakterijsko dejstvo. Mane su mu velika agresivnost za tkanine i nemogućnost korišćenja na obojenim

tkaninama jer izbledi i boja. Moraju se pažljivo odrediti koncentracije hipohloritnog jona jer višak jako

smeta.

Aktivatori beljenja

Perborati nisu aktivni na niskim temperaturama pa se dodaju neka jedinjenja koja dovode do brže

razgradnje perborata na niskim temperaturama. Kao aktivator beljenja najviše se koristi TAED –

tetraacetilendiamin koji reaguje sa perboratom i gradi persirćetnu kiselinu koja ima vidljiv oksidativni efekat

i na nižim temperaturama.

Optička sredstva za beljenje su fluorescentna jedinjenja koja UV zrake pretvaraju u zrake većih talasnih

dužina, najčešće u plavu boju vidljivog dela spektra. To su komplikovana organska jedinjenja koja se

dodaju u malim količinama uglavnom u deterdžente za beli veš. Kao optičko belilo koriste se različita

jedinjenja kumarina i stilbena.


25. SIROVINE ZA PROIZVODNJU DETERDŽENATA, NJIHOVA ULOGA U FORMULACIJI, SREDSTVA PROTIV

POSIVLJENJA, PROTIV PRENOŠENJA BOJE, ANTIPENUŠAVCI

Sredstva protiv posivljenja

Siva boja potiče od taloženja metalnih jona ili od ponovnog taloženja otklonjenih nečistoća. To se sprečava

dodavanjem makromolekulskih materija, najčešće NaCMC i PAM, kod prirodnih tkanina koje obično imaju

neko naelektrisanje. Kod sintetskih tkanina veći efekat imaju nejonogene makromolekulske materije poput

PVP, HMC, MEC, MC i HPMC. Često se koristi kombinacija anjonskih ne nejonskih makromolekula jer su i

tkanine kombinovane od prirodnih i sintetskih vlakana.

Sredstva protiv prenošenja boje

U ovu svrhu koristi se poli(vinilpirolidon) koji deluje na principu kompleeksirajućih agenasa, boju koja se

ispere sa tkanine ugrađuje u komplekse. Makromolekuli se otklanjaju vodom i boja se ne taloži ponovo. U

ovu grupu spada i poli(viniloksid).

Antipenušavci

Dodaju se samo u deterdžente za mašinsko pranje gde pojava viška pene smeta. Oni ne smeju da ugase

penu već samo da regulišu njenu količinu jer ona je ta koja odnosi nečistoću. U deterdžente za ručno

pranje se ne stavljaju, osim alkilsulfatima, alkiletarsulfatima i alkilpoliglikozidima koji stvaraju jako stabilne

pene koje mogu biti guste i stvarati klizav sloj na površini, a to onemogućuje otklanjanje nečistoće. Kao

antipenušavci se koriste primarni, sekundarni i tercijerni amini, masni alkoholi i njihovi amidi, parafinsko

ulje, amidi masnih kiselina, a najčešće dimetilpolisiloksani (silikoni) jer su potpuno inertni. To su tečne

komponente, a da bi se koristile u praškastim formama moraju se kapsulirati. Zato se stvara matriks sa

praškastim zeolitom koji se dodaje polikarboksilnim kiselinama. Oni se naknadno umešavaju u deterdžente.

Osnovna uloga im je da imaju veću površinsku aktivnost od PAM u lameli pene i tako dovedu do njenog

pucanja.

26. SIROVINE ZA PROIZVODNJU DETERDŽENATA, NJIHOVA ULOGA U FORMULACIJI, ENZIMI, ANTIKOROZIVI,

HIDROTROPI, MIRISI

Enzimi

U zavisnosti od toga koje veze raskidaju, dele se na:

1. proteolitičke – deluju na peptidne veze

2. amilolitičke – deluju na α(14) veze

3. lipolitičke – deluju na estarske veze i razgradnju masti

Kriterijumi koje treba da zadovoljavaju enzimi koje se koriste u deterdžentima:

optimum aktivnosti u baznoj sredini

efikasni i na nižim temperaturama 20-40oC

stabilni na 60oC

stabilni u prisustvu PAM, bildera i izbeljivača u toku skladištenja i u procesu pranja

dovoljno širok opseg delovanja na razne proteine, trigliceride i šećere

Aktivnost enzima zavisi od vrednosti pH i temperature u procesu pranja. Celulaza se koristi kod osetljivih

tkanina da vrati lep izgled amorfnim područjima koja bubre tokom pranja. Proteolitički enzimi su praškasti i

ranije su se mešali sa deterdžentima, međutim pošto su štetni u takvom obliku, danas se i oni kapsuliraju,

boje i tek onda umešavaju sa deterdžentima. Unutar obojene kapule nalazi se matriks enzima obložen sa

karboksilnim kiselinama koje ga štite od raspadanja i omogućavaju postepeno oslobađanje u toku pranja.


Na temperaturi 40-50oC najaktivniji su pri 9<pH<10. Lipolitički enzimi se dodaju deterdžentima radi

otklanjanja velikih količina masnoća.

Antikorozivi

Dodaju se deterdžentima za mašinsko pranje rublja i u sve deterdžente za pranje metalnih površina. To su

uglavnom Na-silikati i Na-metasilikati koji se dodaju u jako malim koncentracijama.

Mirisi i boje

Nekada su se dodavali samo mirisi, a boje u manjim količinama jer se raspadaju na povišenim

temperaturama, sa smanjenom osetljivošću na druge komponente i koje se ne adsorbuju na površinu

tkanine. Mirisi se rasprše po deterdžentu nakon proizvodnje na približno sobnoj temperaturi kako bi se

sprečilo njihova razgradnja, jer se sastoje pretežno od etarskih ulja. Tokom skladištenja mirisi vremenom

isparavaju. Za izbor boje neophodna su dva kriterijuma: da nema tendenciju da se adsorbuje na tkaninama

i da je stabilna u prisustvu ostalih komponenti deterdženata, visokoh temperatura i svetlosti.

Hidrotropi

To su specifične materije nejonskog mehanizma delovanja koje potpomažu rastvaranje slabo rastvornih

materija prema tipu soljubilizacije. Imaju karakter sa kratkim ugljovodoničnim nizom:

alkoholi ili kiseline sa kratkim nizom, urea, glikoli, neke polimerne materije. Oni sami nemaju mogućnost

formiranja micela, ali u prisustvu drugih materija stvaraju strukture slične micelama. Obično se nalaze u

tečnim deterdžentima koji se koriste za sanitarije jer oni imaju puno različitih kiselina koje su slabo

rastvorne ili nerastvorne.

27. SREDSTVA ZA PRANJE, VRSTE DETERDŽENATA ZA PRANJE VEŠA, PRAŠKASTI DETERDŽENTI ZA GRUBO

PRANJE BELOG I OBOJENOG VEŠA

U zavisnosti od složenosti tehnologije proizvodnje, sredstva za pranje se dele na: deterdžente za pranje

veša, sapune i sredstva za čišćenje. Deterdženti za pranje veša se dele prema nameni na:

deterdžente za grubo pranje belog i obojenog veša (heavy-duty-detergents) – nisu namenjeni za

specijalne tkanine, deklarisani su za beli i obojeni veš. Dele se na obične, kompaktne, tečne i

deterdžente u obliku tableta.

specijalni deterdženti – za osetljive i obojene tkanine (svilu), za vunu, zavese i za ručno pranje

pomoćna sredstva – omekšivači, štirak

Obični deterdženti za grubo pranje belog i obojenog veša imaju najaktivniju moć pranja na visokim

temperaturama. Obavezno sadrže PAM, bildere, . Nasipna masa im je oko

, ona zavisi od načina tehnološke pripreme deterdženta. Nekada su se koristili u najvećem %, ali se

danas sve više koriste kompaktni deterdženti jer sadrže manje punilaca (poput Na2SO4) i dodaju se

manjim količinama. Ovi deterdženti ne sadrže sredstva za izbeljivanje ali sadrže sredstva protiv

prenošenja boje.

Kompaktni deterdženti (1 – 1,3 g/l) imaju veće koncentracije PAM, sredstva za beljenje i minimalnu

koncentraciju punilaca. Nasipna masa im je oko 0,75 – 0,8 kg/l

28. SREDSTVA ZA PRANJE, VRSTE DETERDŽENATA ZA PRANJE VEŠA, DETERDŽENTI ZA GRUBO PRANJE VEŠA U

OBLIKU TABLETA I TEČNI DETERDŽENTI









Deterdženti za grubo pranje u obliku tableta su najkompaktniji, koncentracija punilaca je svedena na

minimum i imaju jako malu masu, oko 45 – 50 g/tbl. Prečnik im je 45mm i jedna do dve tablete se dovoljne

za dobro pranje. Tačno se zna sadržaj tablete i zna se kolika je količina potrebna za pranje. Dobr su jer

mogu sadržati upakovane inkompatibilne materije koje su u tableti fizički potpuno odvojene a u kontakt

dolaze tek pri pranju. Ove tabletne forme sadrže dezintegratore koji dovode do raspadanja tablete kada se

ona nađe u tečnosti. Primer dobrog dezintegratora jeste smeša limunske kiseline i Na-bikarbonata. Problem

je optimalno regulisati čvrstinu tablete i brzinu raspadanja da ne bi došlo do krunjenja, brzog raspadanja ili

nerastvaranja.

Tečni oblici deterdženata sadrže i do 50% PAM, uglavnom ne sadrže bildere, a ako ih ima to su prozirne i

rastvorljive polikarboksilne kiseline. Efikasni su kod otklanjanja masnih nečistoća ali im moć pranja najčešće

nije najbolja upravo zbog nedostatka bildera i nedovoljno bazne sredine. Sve više se proizvode u obliku

gela zbog lakše formulacije. Ne sadrže enzime jer su oni nestabilni u tečnoj sredini. Primenjuju se u

kombinaciji sa sapunima i nekim sintetskim materijama.

29. SREDSTVA ZA PRANJE, VRSTE DETERDŽENATA ZA PRANJE VEŠA, SPECIJALNI DETERDŽENTI, POMOĆNA

SREDSTVA NAKON PRANJA VEŠA








Specijalni deterdženti

o Za osetljive i obojene tkanine ne sadrže hemijske izbeljivače jer štete materijalu, koriste se za ručno

pranje veša. Ne sadrže ni optičke izbeljivače, ali imaju u sebi sredstva protiv prenošenja boje i

enzime.

o Za vunu takođe sadrže enzime (celulazu) koji skidaju oštećeni sloj sa tkanine prilikom pranja. Oni su

formulisani tako da imaju najveću aktivnost na nižim temperaturama i da je proces pranja što kraći

kako ne bi došlo do ćebanja. Sadrže kombinovane nejonogene i katjonske PAM.

o Za zavese sadrže izbeljivače i komponente namenjene za sintetiku. Pranje se vrši na nižim

temperaturama.

o Za ručno pranje se danas sve manje proizvode, ukupno svega 3% od ukupne proizvodnje. Sadrže

manje agresivnih materija, uglavnom ima u sebi anjonske i nejonske PAM, kao i poliglikozide koji ne

iritiraju previše kožu ruku (benzensulfonat).

Pomoćna sredstva za pranje

o Štirak je skrob koji u vreloj vodi bubri i stvara se gel. Danas se umesto njega koriste sintetski

materijali kao što je PVP, neki derivati celuloze, i svi koji su rastvorljivi u vodi i stvaraju film.


o Omekšivači za veš se posebno dodaju pri pranju pamučnih tkanina i vune. Nemaju elektrostatičko

odbijanje pa vraćaju lep sjaj materijalu i potpomažu peglanje. Tkanina dobija vazdušast izgled

(peškiri). Pri njihovom dodavanju mora se voditi računa da se dodaju tek nakon uklanjanja

deterdženta da se ne bi stvarali kompleksi. Proizvode se u obliku tečnosti ili gela.

30. TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE PRAŠKASTIH DETERDŽENATA, SPRAY-DRYING PROCES PROIZVODNJE,

ZAVRŠNI PROCES

Za proizvdonju praškastih deterdženata koriste se tri različite tehnologije: spray-drying, proces aglomeracije

i proces namešavanja. Za sva tri postupka je karakteristično to da se termolabilne komponente dodaju na

kraju, pogotovo enzimi u granulama.

Spray-drying proces proizvodnje deterdženata se danas sve manje koristi, uglavnom samo u velikim

pogonima jer su uređaji skupi i imaju veliki utrošak energije. Prečnik tornja je oko 7m a visina im je 30m,

zahtevaju snažne pumpe. Osnovni princip rada: sve komponente se prvo rastvore i pomoću pumpi se

doziraju u toranj kroz dizne gde se raspršuju u vidu sitnih kapljica. U dodiru sa toplim vazduhom u tornju

kapljice se naglo suše i dobijaju se šuplje kuglice koje su karakteristične za deterdžente proizvedene ovom

tehnologijom. Tako dobijeni prah je veoma lagan.

Sprej sušenje se može izvoditi na dva načina, tako da se dobije lakši ili teži prah. Sve komponente imaju isti

sastav. Temperatura u tornju iznosi 200-300oC, što zavisi od viskoziteta mase koja se suši, a temperatura

na izlazu je 90-100oC. Završni procesi obuhvataju dodavanje termolabilnih komponenti ili hemijski

inkompatibilnih komponenti kao što su izbeljivači, aktivatori beljenja, enzimi, inhibitori pene, mirisi i bojene

granule.

31. TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE PRAŠKASTIH DETERDŽENATA, PROCES AGLOMERACIJE, ZAVRŠNI PROCES




Proces proizvodnje deterdženata aglomeracijom bez tornja izvodi se pomoću nekoliko miksera. U prvi se

dodaju praškaste materije, zatim tečne komponente poput PAM, polimera, kiselina, Na-silikata i baza koje

saponifikuju masne kiseline. Zatim se u reaktor mikseru u tu tečnu smešu dodaju praškaste komponente –

punioci i bilderi. Dobro izmešana masa odlazi u sušač u obliku fluidizovanog sloja gde se aglomerati suše.

Osušene granule zatim dolaze na sistem sita odakle se velike odvajaju i vraćaju na početak prosejavanja. U

ovakvom procesu proizvodnje ne dobijaju se fini prahovi malih čestica, nego velike granule. Na kraju odlaze

u mikser gde se dodaju termolabilne materije. Ovakva proizvodnja je ekonomičnija, temperatura u procesu

je oko 150oC. Završni procesi obuhvataju dodavanje termolabilnih komponenti ili hemijski inkompatibilnih

komponenti kao što su izbeljivači, aktivatori beljenja, enzimi, inhibitori pene, mirisi i bojene granule.


32. TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE PRAŠKASTIH DETERDŽENATA, PROCES NAMEŠAVANJA, ZAVRŠNI PROCES,

DETERDŽENTI U OBLIKU TABLETA




Kod proizvodnje praškastih deterdženata procesom namešavanja sve komponente moraju biti prevedene u

praškasti oblik. Enzimi i mirisi se dodaju u obliku granula ili se raspršuju na kraju. Komponente se mere i

doziraju zajedno u jedan mikser. Mana ovog postupka jeste različita gustina čestica koje se dobijaju, pa

može doći do raslojavanja što prouzrokuje nehomogene deterdžente prilikom doziranja. Završni procesi

obuhvataju dodavanje termolabilnih komponenti ili hemijski inkompatibilnih komponenti kao što su

izbeljivači, aktivatori beljenja, enzimi, inhibitori pene, mirisi i bojene granule.

Deterdženti za grubo pranje u obliku tableta su najkompaktniji, koncentracija punilaca je svedena na

minimum i imaju jako malu masu, oko 45 – 50 g/tbl. Prečnik im je 45mm i jedna do dve tablete se dovoljne

za dobro pranje. Tačno se zna sadrža tablete i zna se kolika je količina potrebna za pranje. Dobr su jer

mogu sadržati upakovane inkompatibilne materije koje su u tableti fizički potpuno odvojene a u kontakt

dolaze tek pri pranju. Ove tabletne forme sadrže dezintegratore koji dovode do raspadanja tablete kada se

ona nađe u tečnosti. Primer dobrog dezintegratora jeste smeša limunske kiseline i Na-bikarbonata. Problem

je optimalno regulisati čvrstinu tablete i brzinu raspadanja da ne bi došlo do krunjenja, brzog raspadanja ili

nerastvaranja.

33. SAPUNI, SIROVINE U PROIZVODNJI SAPUNA, OSNOVNE SIROVINE ZA SAPUNE

Sapuni su soli viših masnih kiselina i neorganskih baza. Jedina organska baza koja se koristi za

saponifikaciju je TEA, ali u kozmetičkim proizvodima. Prvi su se koristili kao sredstva za pranje, a tokom

vremena su se usavršavali. Jednostavnog su sastava, mogu biti + i – po hemijskoj prirodi, sve sirovine za

njihovu proizvodnju su lako dostupne.Kada se formira osnova sapuna, lako se mogu dodavati i druge

komponente bez narušavanja strukture. Različitim jednostavnim ili komplikovanim postupcima može se

dobiti konačni proizvod istog kvaliteta.

Sapuni se dobijaju saponifikacijom masnih kiselina ili masti. U oba slučaja dolazi do izdvajanja toplote. Ako

se reakcija izvodi na povišenim temperaturama, rastvorljivost sapuna postaje veća i reakcija je brža. Kada

se dostigne temperatura od oko 80oC dolazi do formiranja heksagonalne i lamelarne strukture micela.

Heksagonalna ima visok viskozitet i to otežava proces mešanja tako da se uvek teži ka formiranju

lamelarne strukture. Ako je koncentracija sapuna u reakcionoj smeši oko 70% mešanje je najbolje, osalih

30% je tečna faza. Ako se saponifikacija vrši neorganskim solima potrebne su više temperature, a ako se

prave trietanolaminski sapuni koji ne formiraju heksagonalne strukture, može se raditi i na nižim

temperaturama. Oni su podložni hidrolizi.

Sirovine koje se koriste u proizvodnji sapuna dele se na:

osnovne sirovine za proizvodnju sapuna

pomoćne sirovine sa aktivnim dejstvom

pomoćne sirovine sa pasivnim dejstvom


Osnovne sirovine za proizvodnju sapuna su tehničke životinjske masnoće i biljna ulja koja se moraju

prečistiti pre saponifikacije, i njihove masne kiseline (gotva sirovina). Pre proizvodnje sapuna masnoće se

moraju pripremiti, nečistoće se moraju svesti na minimum različitim postupcima:

Pranje vodom – operu se sve materije rastvorljive u vodi (krv) ili materije koje mogu da izađu van

uljne faze. Toplom vodom se postiže bolji efekat pranja nego sa hladnom.

Fizičko rafinisanje parom – vodenom parom se iz masnoća iznose sve materije koje su uzrok

neprijatnog mirisa (organski rastvarači)

Deodorizacija – otklanjaju se slabije isparljive komponente neprijatnih mirisa sa i na

temperaturi >100oC

Beljenje – pomoću adsorbensa (aktivnog uglja) otklanjaju se sve prisutne boje

Hidrogenacija – prevođenje nezasićenih masnih kiselina u zasićene

Masnoće biljnog porekla

Imaju visok sadržaj nezasićenih masnih kiselina pa su pretežno u tečnom stanju.

Kokosovo ulje – dosta stabilno, otporno na oksidaciju. Sapuni dobijeni od njega imaju dobru penivost i

lako se tope. Krti su i lomljivi pa se mešaju sa zasićenim masnoćama. Sadrži 48% laurinske kiseline i

17% miristinske kiseline.

Palmino ulje – naziva se i palmina mast jer je čvršće konzistencije. Ima više slobodnih masnih kiselina, a

dobija se presovanjem plodova palme. Sadrži enzim lipazu, ne rastvara se lako i nema moć stvaranja

pene. Boja je narandžasto-crvena.

Ulje palminih koštica – slično je kokosovom ulju, kvalitetno. Sadrži laurinsku, miristinsku i oleinsku

kiselinu.

Ricinusovo, suncokretovo, maslinovo i sojino ulje – koriste se za proizvodnju specifičnih sapuna

(maroenski sapuni)

Masnoće životinjskog porekla

Svinjska mast – kvalitetnija komponenta za pravljenje sapuna koji su čvrsti i lako rastvorivi u vodi. Ovi

sapuni su beli i dobro pene. Mast sadrži stearinsku, palmitinsku i nešto oleinske kiseline. Svinjska mast u

kombinaciji sa kokosovim uljem daje veoma dobre sapune.

Goveđi loj – daje sapune čvršće konzistencije, nema oleinsku kiselinu.

Riblje i kitovo ulje se ne koriste, moraju se hidrogenizovati da bi postali čvršći

Svinjska mast i goveđi loj imaju C16 i C18 masne kiseline i najbolje su za proizvodnju sapuna. Ako masne

kiseline imaju više od 18 atoma ugljenika sapuni će biti jako tvrdi i neće se dobro rastvarati, a ako nemaju

dovoljno dugačke hidrofobne nizove neće dobro prati. Regulisanje optimalnog sastava sirovina postiže se

kombinacijom biljnih ulja i životinjskih masti kako bi se dobio određen odnos stearinske, oleinske,

palmitinske i laurinske kiseline.

34. SAPUNI, SIROVINE U PROIZVODNJI SAPUNA, POMOĆNE SIROVINE SA AKTIVNIM I PASIVNIM DEJSTVOM

Sapuni su soli viših masnih kiselina i neorganskih baza. Jedina organska baza koja se koristi za

saponifikaciju je TEA, ali u kozmetičkim proizvodima. Prvi su se koristili kao sredstva za pranje, a tokom

vremena su se usavršavali. Jednostavnog su sastava, mogu biti + i – po hemijskoj prirodi, sve sirovine za

njihovu proizvodnju su lako dostupne.Kada se formira osnova sapuna, lako se mogu dodavati i druge

komponente bez narušavanja strukture. Različitim jednostavnim ili komplikovanim postupcima može se

dobiti konačni proizvod istog kvaliteta.


Sapuni se dobijaju saponifikacijom masnih kiselina ili masti. U oba slučaja dolazi do izdvajanja toplote. Ako

se reakcija izvodi na povišenim temperaturama, rastvorljivost sapuna postaje veća i reakcija je brža. Kada

se dostigne temperatura od oko 80oC dolazi do formiranja heksagonalne i lamelarne strukture micela.

Heksagonalna ima visok viskozitet i to otežava proces mešanja tako da se uvek teži ka formiranju

lamelarne strukture. Ako je koncentracija sapuna u reakcionoj smeši oko 70% mešanje je najbolje, osalih

30% je tečna faza. Ako se saponifikacija vrši neorganskim solima potrebne su više temperature, a ako se

prave trietanolaminski sapuni koji ne formiraju heksagonalne strukture, može se raditi i na nižim

temperaturama. Oni su podložni hidrolizi.

Sirovine koje se koriste u proizvodnji sapuna dele se na:

osnovne sirovine za proizvodnju sapuna

pomoćne sirovine sa aktivnim dejstvom

pomoćne sirovine sa pasivnim dejstvom

Pomoćne sirovine sa aktivnim dejstvom su alkalije i kuhinjska so. Alkalije su najvažnije jer služe za

saponifikaciju masnih kiselina. Koriste se K2CO3, KOH, NaCO3, NaOH i TEA. Pri tome se karbonati korisete

pretežno za saponifikaciju masnih kiselina, a hidroksidi za životinjske masti. Kuhinjska so (NaCl) se koristi

za isdvajanje sapunskog jezgra od podlužnice tako što smanjuje KMK i kocnetraciju pri kojoj dolazi do

faznih prelaza.

Pomoćne sirovine sa pasivnim dejstvom se koriste kako bi se poboljšale i očuvale osobine sapuna tokom

dužeg perioda, i da bi im se smanjila cena. Povećanje kvaliteta sapuna postiže se dodatkom aktivnih

komponenti:

slobodne masne kiseline – smanjuju isušivanje kože upotrebom sapuna

antioksidanti – sprečavaju ili smanjuju oksidaciju nezasićenih masinh kiselina, BHT butilhidroksitoluol

glicerol – dodaje se u toaletne sapune radi bolje hidratacije

oksid titanijuma – ima efekat izbeljivanja

pigmenti – estetski izgled sapuna, razne boje

helatni agensi – EDTA, limunska kiselina i fosfati smanjuju zaostajanje sapuna po zidovima

punioci – skrob, vosak, bentonit, kalofonijum povećavaju masu sapuna

sintetske PAM – sindenti, dodaju se da bi sapun manje stvarao skramu pri pranju veša

baktericidi – u specijalnim sapunima (triklosan)

parfemi

aktivne materije – ekstrakti biljaka ili komponente koje pojačavaju belinu ili imaju ulogu masaže

35. TEHNOLOGIJA, FAZE I POSTUPCI PROIZVODNJE SAPUNA, DISKONTINUALNI POSTUPCI

Sapuni se u praksi mogu proizvesti na dva načina. Prvi je saponifikacija ulja i masti tako što se masnoće

kuvaju sa alkalijama. Postupak je jednostavan, a u takvom sapunu nastaje glicerol koji se može posebno

prečistiti.

masnoće + NaOH glicerol + sapun


Drugi postupak podrazumeva direktnu saponifikaciju masnih kiselina pomoću alkalija, Na2CO3. Kod ovog

načina proizvodnje masnoće se hidrolitički razgrađuju radi dobijanja slobodnih masnih kiselina koje se

zatim destiluju i odvajaju u posebne tankove.

masne kiseline + Na2CO3 sapun

2 RCOOH + Na2CO3 2 RCOONa + H2O + CO2

Postupci proizvodnje sapuna

Postoje mnogi tehnološki postupci koji se međusobno razlikuju u zavisnosti od kvaliteta i vrste sapuna koji

se želi dobiti. Svi obuhvataju nekoliko različitih faza:

1) priprema masnoće

2) saponifikacija

3) usitnjavanje sapunske mase (gruš)

4) sušenje

5) dodavanje aktivnih i mirisnih komponenata (mešanje na toplom)

6) formiranje oblika sapuna pomoću određenih kalupa

Tehnološki postupci za proizvodnju sapuna koji se najčešće koriste su:

saponifikacija kuvanjem (diskontinualno)

saponifikacija polukuvanjem (diskontinualno)

saponifikacija hladnim postupkom (diskontinualno)

kontiualna proizvodnja sapuna

Saponifikacija kuvanjem

Postupkom kuvanja masti se saponifikuju pri čemu nastaju čvrsti kvalitetni sapuni i glicerol. Dobijaju se

sapuni bez nesaponifikovanih masti i sa <0,1% slobodne alkalije. Jezgra sapuna koja su nastala kuvanjem

sastoje se od 63% sapunske mase i 33-37% vode. U toku procesa proizvodnje sapunskog jezgra

odigravaju se hemijske reakcije masti i alkalija do potpune saponifikacije, zatim isoljavanje sapuna iz

rastvora pomoću NaCl u više stupnjeva uz odvajanje glicerola, i na kraju odvajanje sapunskog jezgra.

Na dnu kotla koji ima otvore za sipanje reakcione smeše, uvodi se vodena para. Temperatura na početku je

100oC, a sam proces je tad spor. Kada nastanu prve sapunske mase, sistem se meša tako da one utiču na

razbijanje masnoće i kontakt sa alkalijama. Kako je reakcija egzotermna, temperatura raste na 130oC i

kuvanje se ubrzava. Baznost sredine se proverava fenolftaleinom. Ako se saponifikacija vrši sa NaOH,

odnos masa je 60-65kg NaOH na 100kg masnoće.

Nakon procesa saponifikacije dodaje se NaCl kako bi se gruš izdvojio na vrhu smeše. Donji sloj se zatim

ispušta i ponovo se dodaju alkalije da bi se zaostala masnoća osaponifikovala. Ovaj korak se naziva oštra

obrada. Nakon toga se ponovo dodaje NaCl kako bi se izdvojila zaostala mala količina glicerola – završna

obrada.

Saponifikacija polukuvanjem

Izvodi se na temperaturi koja je niža od temperature ključanja smeše uz mešanje. Sapunska masa se ne

izdvaja pomoću soli nego se sve izliva u kalupe gde se hladi dok ne očvrsne. Kontroliše se da li u gotovom

sapunu ima zaostalih alkalija koje se moraju neutralisati.

Hladni postupak

Saponifikacija se izvodi na 40oC kada imamo čiste masnoće. Masa se prvo izlije u kalupe i tu dolazi do

reakcije pri čemu teperatura poraste na 80oC. Postupak je sličan kao kod polukuvanja, jedino što sadrže

više masnoća, koriste se one koje se lako saponifikuju.


36. TEHNOLOGIJA, FAZE I POSTUPCI PROIZVODNJE SAPUNA, KONTINUALNA PROIZVODNJA IZ MASNOĆA

Kontinualni postupak proizvodnje sapuna kuvanjem iz masti se izvodi tako što se preko vage doziraju baze i

masnoće direktno u reaktor u kojem je temperatura oko120 oC i pritisak 200 kPa. Pod uticajem povišenog

pritiska reakcija saponifikacije se odvija brzo. Od gore se doziraju komponente (NaCl) a sa donje strane

reakcionog suda izlazi sapunska masa. Jedan deo te mase se vraća nazad u reaktor, a drugi deo odlazi u

mikser i separator u kojem boravi određeno vreme. Nakon toga masa se centrifugira i dolazi na još jedan

sistem za merenje i mešanje gde se dodaju ostale komponente. Na kraju se dobija sapunsko jezgro koje

ide na obradu.

37. TEHNOLOGIJA, FAZE I POSTUPCI PROIZVODNJE SAPUNA, KONTINUALNA PROIZVODNJA SAPUNA IZ

MASNIH KISELINA

Kontinualna proizvodnja sapuna iz masnih kiselina je proces koji se odvija u dva koraka. Prvo je neophodno

hidrolizirati masnoću i ulja da bi se dobile masne kiseline koje se odvajaju od glicerola i nečistoća. Drugi

stupanj jeste neutralizacija dobijenih masnih kiselina alkalijama i dobijanje sapunskog jezgra. Dalji

postupak manipulisanja sapunskim jezgrom je isti kao i za sve sapune.

Šema proizvodnje:

1 – posuda za pripremu katalizatora ZnO

2 – hidrolizer

3 – posuda za glicerolnu vodu

4 – isparivač

5 – prihvatnu rezervoar

6 – kolona za destilaciju pod vakuumom

7 – mešač-reaktor

vodena para Na2CO3

voda

masnoća jezgro

sapuna

glicerin nečistoće

38. PRERADA SAPUNSKE MASE U KONAČNE OBLIKE, VRSTE SAPUNA

Sušenje sapuna se može izvesti na više načina: toplim vazduhom, raspršivanjem toplog jegragde lopatice

skidaju sapun sa zidova, toplim valjcima, raspršivanjem sapuna u vakuumu... Sadržaj vlage u gotovom

sapunu trba da je oko 8-14%. Sapuni moraju da zadovolje zahteve da:

pH bude oko 7,5

dobro peru i pene

imaju čvrst i stabilan oblik

budu prijatnog mirisa

imaju lep oblik i dizajn

1

3

2

5

4

6

7


Toaletni sapuni

Ovi sapuni su boljeg kvaliteta, podvrgavaju se različitim Sadržaj NaOH ne sme biti

veći od 0,1% sadržaj vlage do 15% a glicerola do 0,75%. To je osnova za sve sapune. Dodaju se

premašćivači – više masne kiseline, lanolinski alkoholi, sintetski beli vosak (parafin), nekad maslinovo ulje,

optička belila (TiO2), antioksidansi, kompleksanti, punioci i neke aktivne materije (ekstrakti kamilice,

cimeta, aloe vera). Nazivaju se još i pilirani sapuni jer je to proces pri kome se sapun propušta između

valjaka gde

dobijaju određenu strukturu i lepši izgled u mašinama pilerkama. Pre samog

piliranja se dodaju svi sastojci.

Medicinski sapuni

U njih se dodaju neke komponente (alantoin, sumpor, ekstrakti biljaka, alkoholi...) koje vrše određeno

dejstvo na koži – npr. antibakterijsko ili antifugalno.

Dezodorirajući sapuni

Sadrže fenolna jedinjenja koja sprečavaju neprijatne mirise koji nastaju bakterijskom razgradnjom znoja

Luksuzni sapuni

Imaju manje punilaca a više parfema i premašćujućih komponenata

Transparentni glicerinski sapuni

Dobijaju se saponifikacijom 75% loja i 20% kokosovog ulja, a dodaju

se i alkoholi koji sprečavju kristalizaciju. Sadrže kalofonijum i boje.

Marsejski sapuni

Nastaju od maslinovog ulja, žućkasto-zelene su boje i dobri su za kožu. Proizvode se u maloj količini zbog

izgleda.

Sapuni za brijanje

Dobijaju se na bazi smeše masti i stearinske kiseline – kokosova mast. Ova kombinacija masti i kiseline

jako peni, vazduh ostaje u sapunu pa su oni lagani i dorbo se rastvaraju. Sadrže dosta glicerola te su

prijatni za kožu.

Sindeti

Predstavljaju smešu sapuna i sintetskih PAM a koriste se u tečnom obliku. DBS pasta i trietanolaminska so.

tehnologija tenzida i deterdženata - predavanja V. Sovilj

Documents

Transcript of tehnologija tenzida i deterdženata - predavanja V. Sovilj