Миючий засіб на основі синергетичної комбінації катіонної та неіоногенної поверхнево-активних речовин

Реферат: UA 70434 U UA 70434 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до дезінфікуючо-миючих засобів на основі синергетичної комбінації катіонної (хлорид гексадецилпіридинію) та неіоногенної (Твін-20) поверхневоактивних речовин (ПАР) і може бути використана у хімічній, автомобільній, авіаційній та інших промисловостях при безпечному очищенні скляних і металевих поверхонь від забруднень різної природи без негативного впливу на поверхні, що обробляються; на підприємствах текстильного та лакофарбового виробництва, зокрема, для промивання вовняного волокна і підготовки поверхні металів під лакофарбове покриття, а також рекомендовано для очистки фарбових апаратів, декільних полотен та офсетних форм; для підготовки скляних волокон до хімічної металізації та обробки поверхні готових виробів для поліпшення їх якості і зовнішнього вигляду та ін. Досягнутий рівень техніки в даній області характеризується наступними прикладами: 1. Відомі миючі засоби на основі природних речовин [А. Шварц, Дж. Пери, Дж. Берч. Поверхностно-активные вещества и моющие средства. Пер. с англ./ Под ред. А.В. Таубмана. М.: ИЛ, 1960.-55 с; Ф.В. Неволин. Химия и технология синтетических моющих средств. - М.: Пищевая промышленность, 1971], де як детергенти використовують мила, одержані із природних речовин. Недоліком використання природних детергентів (мила) є ускладнення їх миючої дії, якщо вода жорстка. Крім того, в процесі наприклад прання слід витрачати більше мила, щоб досягти відчуття милкості. Це пояснюється наявністю у воді солей типу гідрокарбонату кальцію, що реагують з милом, утворюючи нерозчинні сполуки. Лише після того, як розчинні солі вилучені реакцією з милом, додавання додаткової кількості мила приводить до появи його миючих властивостей. Якщо після прання милом тканину прополоскати у жорсткій воді, то на ній осаджується нерозчинне і важко вилучене "кальцієве мило", що шкодить її зовнішньому вигляду. 2. Відомі синтетичні миючі засоби [Г. Штюпель. Синтетические моющие и очищающие средства. Пер. с нем./ Под ред. А.И. Гершеновича. - М.: Госхимиздат, 1960.-672 с; З.И. Бухштаб. Технология синтетических моющих средств. - М., 1988; Патент Російської Федерації на винахід № 2041927, опубл.: 20.08.1995] на основі синтетичних ПАР різної природи, за миючою здатністю схожих з милом. Недоліком синтетичних миючих засобів (СМЗ) є їх непридатність для якісної обробки полімерних, скляних поверхонь від широкого спектра забруднень через наявність у їх складі, окрім значної кількості ПАР, й інших допоміжних "агресивних" речовин - фосфатів, силікатів, лугів тощо. Так, використання синтетичних миючих розчинів, які містять фосфати, силікати і луги, наприклад, у гальванічному виробництві, негативно впливає на міцність тонких скловолокон, що характеризуються розвиненою поверхнею (у порівнянні зі склом) і при впливі "агресивного" середовища руйнуються інтенсивніше, внаслідок чого знижується на 50 % їх . міцність. Крім того, фосфати (Na5P3O10, Na3ΡΟ4 10Η2Ο), присутні у СМЗ, також негативно впливають на стан відкритих водойм внаслідок посиленого росту синьо-зелених водоростей та інших водних рослин, що веде до нової проблеми - евторифікації. Синтетичні миючі засоби, що містять в своєму складі силікати натрію, не можуть бути використані для очистки сталевих виробів перед фосфатуванням або фарбуванням, оскільки негативно впливають на формування якісного фосфатного шару. А наявність в рецептурі СМЗ первинних спиртів С 7-С12, хоча й задовольняє ефективній миючій дії, але має інші суттєві недоліки - нестабільне ціноутворення і різкий неприємний запах. 3. Відомий безфосфатний миючий розчин з дезінфікуючою дією [Патент Російської Федерації на винахід № 2173337, опубл.: 09.10.2001] на основі полігексаметиленгуанідин гідрохлориду, алкілбензилдиметиламонію хлориду, діальдегіду щавлевої кислоти, або янтарної кислоти, або глутарової кислоти (або їх суміші у співвідношенні 1: 1: 1) та суміші полігліколевих ефірів моноалкілфенолів (неонол), який використовується для дезінфекції виробів медичного призначення, для обробки різних поверхонь без негативного впливу на них. Основним недоліком відомого безфосфатного миючого засобу є: значна кількість складових компонентів, відносно велика витрата ПАР, що потребує тривалого і ретельного процесу відмивання поверхні. Відомий, найбільш близький за технічною суттю і досягнутому позитивному ефекту, миючий засіб, що використовується в "Способе очистки ємкостей, предназначенных для хранения нефтепродуктов" [Патент Российской Федерации на изобретение № 2008121690, опубл.: 10.12.2009] для очистки поверхні, переважно металевої, від забруднень органічного і неорганічного походження на основі суміші неіоногенних і катіонної ПАР, де як неіоногенні ПАР використовують суміш неонолу з синтанолом (моноалкіловий ефір поліетиленгліколю на основі первинних жирних спиртів СnН2n+1(С2Н4О)mН, де n=10-18, m=8-10), а як катіонну ПАР 1 UA 70434 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 триетаноламін з вмістом, мас. %: неонол - 0,05; синтанол - 0,01; триетаноламін - 0,74 та інші допоміжні речовини (суміш солей глюконату натрію - 0,08 і бензоату натрію - 0,06). Основним недоліком миючого засобу за найближчим аналогом є високий вміст у його складі катіонної ПАР - триетаноламіну (TEA), що володіє специфічним амінним запахом. При приготуванні миючого розчину на основі комбінацій неонол - синтанол - TEA необхідно дотримуватися правил безпеки, оскільки індивідуальний TEA є пожежонебезпечною в'язкою рідиною і сумісне його зберігання з агресивними та їдкими продуктами забороняється. Тривалість приготування миючого засобу збільшується через розчинення у воді всіх компонентів з послідуючим їх змішуванням і відстоюванням, і сягає 4 год. Крім того, використані неіоногенні технічні ПАР залежно від фірми виробника містять різний вміст домішок, що може вплинути на ефективність дії миючого розчину, а тому необхідно коригувати оптимальне співвідношення компонентів у миючому засобі. Задача, на вирішення якої спрямована корисна модель, - використання доступних, неагресивних, пожежобезпечних і нетоксичних реагентів, зменшення їх кількості та витрат для одержання водного розчину синергетичної комбінації ПАР з антибактеріальною дією і поліпшеною миючою здатністю. Поставлена задача вирішується використанням миючого засобу на основі синергетичної комбінації катіонної та неіоногенної поверхнево-активних речовин (ПАР), згідно з корисною моделлю, як катіонну ПАР використовують хлорид гексадецилпіридинію, а як неіоногенну ПАР Твін-20 з мольним співвідношенням компонентів - 0,1 (хлорид гексадецилпіридинію): 0,9 (Твін20), що дає змогу уникнути руйнівної дії традиційних миючих засобів, замінити малодоступні або пожежонебезпечні реагенти, зменшити кількість реагентів та їх витрати. Розроблено нетоксичний двокомпонентний водний миючий засіб на основі бінарної суміші хлориду гексадецилпіридинію (ХГДП) і біологічно м'якого нешкідливого для людини Твіну-20 (використовується у харчовій промисловості, фармацевтичному і парфумерному виробництві), взятих у мольних співвідношеннях 0,1 (ХГДП): 0,9 (Твін-20), що має підвищену миючу здатність і володіє дезінфікуючою дією за рахунок бактерицидної властивості ХГДП. Оскільки для широкого практичного використання миючих засобів на основі водних розчинів синергетичних комбінацій ПАР різної природи вирішальне значення мають їх колоїдно-хімічні характеристики, було проведено дослідження процесів змішаного міцелоутворення і адсорбції ПАР на межі розділу фаз рідина - повітря залежно від мольного співвідношення компонентів. Для визначення оптимального мольного співвідношення ХГДП і Твіну-20 у водному розчині, при якому комбінація ПАР виявляє найбільший синергетичний ефект у процесі змішаного міцелоутворення й адсорбції на межі розділу фаз розчин - повітря, а отже володіє поліпшеною, порівняно з індивідуальними компонентами, миючою здатністю, проводили тензіометричні дослідження (метод Вільгельмі з точністю ± 0,5 мДж/м) при кімнатній температурі та значенні рН середовища 5,4. . 4 Комбінації ХГДП з Твіном-20 одержували змішуванням індивідуальних 5,0 10- Μ розчинів ПАР, приготовлених із препаратів фірми "Acros Organic" марки "ч.д.а." без додаткової очистки . 4 на дистильованій воді, і наступним їх розбавленням. Так наприклад для одержання 5,0 10- Μ колоїдного змішаного розчину ХГДП і Твіну-20 з мольною часткою α (Твін-20) = 0,9 у розчині . 4 змішують 50 мл 5,0 10- Μ розчину ХГДП, приготовленого шляхом розчинення відповідної . 4 наважки реагенту у вигляді порошку у воді при температурі 40-60 °C, з 450 мл 5,0 10- Μ розчину Твіну-20, приготовленого шляхом розчинення відповідної наважки реагенту у вигляді маслянистої рідини у воді при кімнатній температурі. Після 2-х годинного відстоювання миючий засіб став придатним для застосування. При розбавленні матричного розчину ПАР у 5-10 разів миючий засіб не втрачав миючої здатності: значення критичної концентрації міцелоутворення . 4 (ККМ), знайденої за ізотермою поверхневого натягу, склало 4,11 10- М; значення поверхневого 2 натягу (σ) водного розчину ХГДП - Твін-20 зменшилося з 72,75 до 32,5 мДж/м (при оптимальному мольному співвідношенні компонентів). Результати проведених досліджень представлені у таблиці. 2 UA 70434 U Таблиця α (Твін-20) 0,0 0,1 0,5 0,9 1,0 5 10 15 20 25 30 35 40 ККМ, моль/дм 3 σ (с~ккм), σ (C>ккм), 2 мДж/м ХГДП (R = С1бН33) - Твін-20 (R = С12Н25) -4 47,0 45,0 5,0010 -4 46,5 44,0 1,710 -5 37,5 34,5 4,4510 -5 35,0 32,5 4,1110 -4 43,0 43,0 1,5010 - G 0 адc, кДж/моль 36,8 40,4 43,3 49,2 28,8 Із даних таблиці видно, що змішування водного розчину ХГДП з водним розчином Твіну в різних мольних співвідношеннях значно відображується на зміні їх колоїдно-хімічних характеристик: зі збільшенням мольної частки Твіну від 0,1 до 0,9 значення критичної концентрації міцелоутворення (ККМ) комбінацій ПАР поступово зменшуються (здатність до міцелоутворення у порівнянні з індивідуальними компонентами збільшується на порядок) та збільшуються (за абсолютною величиною) значення стандартної вільної енергії Гіббса адсорбції 0 (  G адc) ПАР на межі розділу фаз розчин - повітря. Адсорбуючись на поверхні розділу фаз рідина - повітря, досліджувані ПАР у сумісній присутності в більшій мірі знижують поверхневий натяг (σ) води, що сприяє поліпшенню їх миючої здатності порівняно з розчинами індивідуальних ПАР за умов малих витрат реагентів. В області концентрацій (С  ККМ) поверхневий натяг найбільше знижується у випадку змішаного розчину ПАР з мольним співвідношенням компонентів - 0,1 (ХГДП): 0,9 (Твін-20), а тому посилюється миюча здатність цього розчину порівняно як з індивідуальними розчинами ПАР, так і з іншими комбінаціями ПАР. Виявлений синергізм колоїдно-хімічних властивостей комбінації катіонної та неіоногенної ПАР з мольною часткою α (Твін-20) = 0,9 дозволяє запропонувати її як найбільш оптимальний і ефективний водний миючий засіб багатоцільового призначення. Ефективність дії розробленого миючого засобу можна бачити із наведених прикладів. Приклад 1. Розробленим миючим засобом обробляли забруднені друкарською фарбою офсетні форми друкарських апаратів. Було визначено швидке та рівномірне змивання фарби і паперового пилу з твердих поверхонь. Після оброблення і змивання водою поверхні були чистими від забруднень і не пошкодженими, а тому засіб може пропонуватися для використання у поліграфічній промисловості. Приклад 2. Розроблений миючий засіб використовували для знежирювання скловолокон, що призначені до хімічної металізації. При обробці миючим засобом скляних волокон, оброблених замаслювачами, ступінь знежирювання, оцінений гравіметрично за втратою маси їх наважки, при температурі 20-40 °C досягав 95 %, що відповідає технологічним вимогам. Переваги запропонованого миючого засобу на основі експериментально знайденої синергетичної комбінації катіонної та неіоногенної ПАР порівняно з відомими миючими засобами і миючим засобом за найближчим аналогом: зменшується кількість складових компонентів з чотирьох-п'яти до двох; при знайдених мольних співвідношеннях компонентів ОД (ХГДП): 0,9 (Твін-20) вдалося поєднати в запропонованому водному розчині дезінфікуючі та високі миючі властивості в області температур 20-40 °C; нетоксичний; складові компоненти є пожежобезпечними, а тому можуть зберігатися на складі з іншими агресивними та їдкими продуктами; мала витрата реагентів при досягненні однакового кінцевого результату, що дає значний економічний ефект; розширюється спектр видаляючих забруднень без негативного впливу на поверхні (скляні, металеві, полімерні тощо), що обробляються; наявність мінеральних солей, а особливо, натрієвої солі вугільної кислоти лише посилює миючий ефект; миюча здатність не втрачається у жорсткій воді; час приготування водного розчину ПАР скорочується до 2,5 год. Технологія приготування синергетичної комбінації ПАР на основі ХГДП і Твіну-20 з покращеними колоїдно-хімічними властивостями не потребує енергетичних витрат, є досить простою і безпечною для людини і навколишнього середовища. 45 3 UA 70434 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Миючий засіб на основі синергетичної комбінації катіонної та неіоногенної поверхнево-активних речовин (ПАР), який відрізняється тим, що як катіонну ПАР використовують хлорид гексадецилпіридинію, а як неіоногенну ПАР - Твін-20 з мольним співвідношенням компонентів 0,1 (хлорид гексадецилпіридинію) : 0,9 (Твін-20), що дає змогу уникнути руйнівної дії традиційних миючих засобів, замінити малодоступні або пожежонебезпечні реагенти, зменшити кількість реагентів та їх витрати. 10 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4