tehnologija tenzida i deterdženata - predavanja v. sovilj
TRANSCRIPT
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 2
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 3
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 4
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
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 5
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
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 6
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
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 7
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)
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 8
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 9
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
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 10
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 11
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
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 12
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 13
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 14
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 15
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 16
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 17
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 18
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
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:
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 19
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
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
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
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 20
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
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.
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 21
32. TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE PRAŠKASTIH DETERDŽENATA, PROCES NAMEŠAVANJA, ZAVRŠNI PROCES,
DETERDŽENTI U OBLIKU TABLETA
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.
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
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 22
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 23
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
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 24
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.
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 25
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
Marina Rajič Tehnologija tenzida i deterdženata 26
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.