СИНТЕЗ И АНАЛИЗ НЕИОНОГЕННОГО ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА

АННОТАЦИЯ

В статье описан синтез поверхностно-активных веществ с использованием доступных в нашей республике материалов, и их коллоидно-химические свойства. Изучены гидрофильно-липофильный баланс синтезированных с использованием олеиновой кислоты и диэтаноламина. Предложен синтез и исследование физико-химических и коллоидных свойств вновь полученных поверхностно-активных веществ с использованием недорогого и доступного местного сырья. Изучен гидрофильно-липофильный баланс синтезированных с использованием олеиновой кислоты и диэтаноламина поверхностно-активных веществ.

ABSTRACT

The article describes the synthesis of surfactants using materials readily available in our country, as well as their colloid-chemical properties. The study investigates hydrophilic-lipophilic balance of surfactants synthesized using oleic acid and diethanolamine. The synthesis and investigation of the physico-chemical and colloidal properties of newly obtained surfactants using inexpensive and affordable local raw materials are proposed. The hydrophilic-lipophilic balance of surfactants synthesized using oleic acid and diethanolamine has been studied.

Ключевые слова: абсорбент, гидрофильно-липофильный баланс, растительные масла, этерификация.

Keywords: absorbent, hydrophilic-lipophilic balance, vegetable oils, esterification

Введение

Спрос на поверхностно-активные вещества (ПАВ) в потребительских и промышленных секторах стабильно увеличивается на 3–4% в год. Хотя нефтехимические ПАВ остаются популярными благодаря низкой себестоимости и хорошим физико-химическим характеристикам [1], растущий интерес к этим веществам стимулирует разработку новых молекул с высоким содержанием возобновляемых компонентов [2]. Такие ПАВ должны создаваться с использованием устойчивых методов и включать биосовместимые функциональные группы, способные к разложению после применения [3]. Применение возобновляемых ресурсов, таких как олеохимикаты [4], углеводы [5] и аминокислоты [6], полученных из природных источников, является экологически обоснованным подходом.

В последние десять лет среди производителей товаров для личной гигиены и бытовой химии наблюдается устойчивый спрос на ПАВ, получаемых на основе возобновляемого сырья. Этот тренд обусловлен растущим спросом на экологически чистые продукты и повышением осведомленности об экологических проблемах [7]. Доля биоразлагаемых ПАВ на рынке также растет [8]. Однако полная замена нефтехимических ПАВ в промышленности и потребительских товарах сталкивается с вызовами, такими как упрощение производства и обеспечение экономической эффективности. ПАВ, полученные из натуральных жирных кислот, представляют собой перспективную альтернативу синтетическим веществам благодаря их простоте производства и отличным физико-химическим свойствам [9].

Несмотря на то, что использование ПАВ на основе ДЭА уже известно, их свойства и эффективность в случае переработанного ДЭА остаются малоизученными и слабо отражены в литературе. Оценка этих характеристик важна для более глубокого понимания возможностей и преимуществ ПАВ на базе переработанного ДЭА.

В этом исследовании проведен анализ поверхностных свойств ПАВ, полученных из переработанного диэтаноламин (ДЭА).

Методы и материалы.

Олеиновая кислота (ОК) и гидроксид натрия были приобретены у компании MEDCHEMFARMBIULD в Ташкенте (Узбекистан). ДЭА был получен в качестве отхода на ООО «Бухарский нефтеперерабатывающий завод», где он использовался в качестве абсорбента для удаления H₂O и CO₂ в процессе переработки газа.

Очищение ДЭА проводилось методом дистилляции в несколько этапов. Далее собирали очищенный ДЭА для дальнейшего использования [10].

Из-за своей химической структуры олеиновая кислота среди жирных кислот является благоприятным реагентом для синтеза поверхностно-активных веществ. Она в большом количестве содержится в растительных маслах.

В Таблице 1 приведены данные о содержании олеиновой кислоты (в массовых долях) в различных растительных маслах.

Таблица 1.

Содержание олеиновой кислоты в различных растительных маслах

На основе олеиновой кислоты можно синтезировать ПАВ различной природы. Ниже представлена общая схема реакции синтеза:

Анализ с использованием ИК-спектроскопии был проведен с помощью спектрометра BrukerInvenio-S, изготовленного в Германии.

Oпределение гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) синтезированных ПАВ. В мерный цилиндр объемом 100 мл со шлифом заливают 47,5 мл минерального или индустриального масла, 47,5 мл воды и 5 мл исследуемого ПАВ. Цилиндр плотно закрывают пробкой, встряхивают несколько минут, а затем помещают в термостат при 25°C на 24 часа. После завершения этого периода измеряют высоту образовавшейся эмульсии. В случае образования белой водной эмульсии расчет ГЛБ производится по формуле:

где L₁ – высота эмульсионного слоя, L – общая высота содержимого цилиндра.

Результаты и обсуждение

На рисунке 1 представлены ИК-спектры исходных (a и b) и полученного (c) продуктов.

c)

Рисунок 1. ИК-спектр a) ОК, б) ДЭА, c) продукта

ИК-спектр полученного ПАВ показал характерные пики, подтверждающие взаимодействие между олеиновой кислотой и ДЭА. Выраженный пик около 1750 см⁻¹ свидетельствует об успешной этерификации, а новый пик при 3300 см⁻¹ указывает на образование амидной связи [11].

Отсутствие пика C=O олеиновой кислоты при 1710 см⁻¹ подтверждает основную реакцию, однако пик около 1350 см⁻¹ указывает на непрореагировавшую олеиновую кислоту. Пики, связанные с колебаниями O-H и N-H в ДЭА, продемонстрировали сдвиги, что свидетельствует о формировании новых связей.

Пики в диапазоне 2850-2950 см⁻¹ отражают колебания C-H алкильных цепей, а широкий пик 3200-3600 см⁻¹ указывает на гидроксильные и аминные группы. Пик при 1628 см⁻¹ свидетельствует о наличии амидных групп, а пик на 1118 см⁻¹ также ассоциирован с амидными связями. ИК анализ подтвердил реакцию, выявив различия в спектрах исходных компонентов и конечного ПАВ, что указывает на степень этерификации и наличие непрореагировавших веществ.

Также был рассчитан ГЛБ ПАВ, который позволяет определить оптимальные сферы его применения. Объем эмульсии КМ, сформировавшейся в течение суток, составил 82,5 мл. Значение ГЛБ рассчитывалось по формуле:

ГЛБ = (20∙82,5)/100 = 16,5

ГЛБ, равный 16,5, свидетельствует о том, что ПАВ обладает большей гидрофильностью, чем липофильностью, что указывает на его лучшее взаимодействие с водой по сравнению с гидрофобными веществами. ПАВ с высоким значением ГЛБ обычно применяются в процессах, где важна высокая растворимость в воде[12].

Заключение

Анализ ИК-спектра реакционного продукта подтвердил, что между исходными веществами образовались химические связи. В результате образовалась смесь амидов и эфиров олеиновой кислоты. Также было установлено, что значение ГЛБ составляет 16,5, что подтверждает относительную гидрофильность полученного продукта.

Список литературы:

1. Deleo P.C., S. M. Mudge. Environmental Science.: Processes Impacts. 2014, 16, 74–80.
2. Gozlan C., Duclos E.M.-C., Deruer J.M., Aubry V., Molinier N., Duguet A., Redl,  Lemaire M. Green Chemistry. 2016, 18, 1994–2004.
3. Эшметов Р.Ж., Адизов Б.З., Салиханова Д.С., Эшметов И.Д. Особенности образования и разрушения устойчивых водонефтегазоконденсатных эмульсий. Химическая технология контроль и управление, Международный науч.-тех. журнал, Ташкент, 2017, №3. 32-37 с
4. Sakai K., Uka A., Saito Y., Takamatsu Y., Matsuda W., Endo B.T., Kitiyanan, Sakai H., Abe M. J. Oleo Science, 2013, 62, 489–498.
5. Abbasov V.M., Ismayilov I.T., Hany M. Abd El-Lateef, Akhmadbeyova S.F. Anti-corrosive activities of some novel surfactants based on vegetable oils. European chemical Bulletin, 2014, 3(5), 437-440
6. Pinazo A., Lourdes P., Ponsand R., Infante M. R. Ind. English Chemistry Res., 2011, 50, 4805–4817.
7. Becher P (1990) In: Basel JMR (ed) A review of cationic surfactants: organic chemistry, surfactant science series, vol 34, 1^stedn. Marcel Dekker Inc, New York.
8. Clark J.H., Herrero-Davila L., Farmerand T.J., Sherwood J. Green Chemistry, 2016, 18, 3914–3934.
9. Klein R., Muller E., Kraus B., Brunner G., Estrine B., ¨ Touraud D., Heilmann J., Kellermeier M., Kunz W. Biodegradability and cytotoxicity of choline soaps on human cell lines: effects of chain length and the cation.RSC Adv., 2013, 3, 23347.
10. Muratov M., Kurniawan T.A., Eshmetov R., Salikhanova D. et.al. Promoting Sustainability: Micellization and Surface Dynamics of Recycled Monoethanolamine Surfactants // Journal of Molecular Liquids, 414 (2024)126010.
11. Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы.- М: Изд-во МГУ, 2012. – 35 с.
12. Hao L, Jiang B, Zhang L, Yang H, Sun Y, Wang B, Yang N. Efficient Demulsification of Diesel-in-Water Emulsions by Different Structural Dendrimer-Based Demulsifiers. Ind. Eng. Chem. Res. 2016, 55:1748−1759