Физико-химические и товарные свойства синтетических моющих средств полученных на основе сесквикарбоната натрия

АННОТАЦИЯ

В работе изучено влияние технологических параметров на функциональный показатели, физико-химические и товарные свойства синтетических моющих средств, полученных на основе сесквикарбоната натрия.

ABSTRACT

The influence of technological parameters on the functional indicators, physico-chemical and commercial properties of synthetic detergents based on sodium sesquicarbonate was studied.

Ключевые слова: система, технология, диаграмма, сесквикарбонат натрия, перкарбонат натрия.

Keywords: system, technology, diagram, sodium sesquicarbonate, sodium percarbonate.

Синтетические моющие средства (СМС) представляют собой сложные смеси органических и неорганических веществ. Они состоят из органических поверхностно-активных веществ (ПАВ) – основного моющего компонента; триполифосфата натрия, способствующего умягчению воды, связывающей нерастворимые соли в растворимые комплексы; метасиликата натрия, повышающего моющую способность и сыпучесть готового порошка, сульфата натрия, повышающего моющую способность СМС, а также комлексообразователя многовалентных ионов металлов и стабилизаторов пероксидных отбеливателей, карбоната и гидрокарбоната натрия, регулирующих рН раствора [4, с. 116; 1, с. 34–38].

До настоящего времени одной из основных активных добавок СМС являются кальцинированная сода и бикарбонат натрия. В последнее десятилетие большое внимание уделялось сесквикарбонату натрия. Поэтому в данной работе изучено влияние содопродуктов и их соотношения (СП):ПАВ на функциональные показатели СМС. В качестве содопродуктов использовали кальцинированную соду и бикарбонат натрия ООО «Кунградский содовый завод» и полученный на их основе твердофазным и жидкофазным методами сесквикарбонат натрия [2, с. 13–16, 5, с. 16–22; 3, с. 6–9], персоль и фосфатные добавки, а также неионогенные ПАВ.

Основными параметрами, влияющими на работу оборудования, являются вязкость и текучесть композиции. При проведении исследований в лабораторных условиях использовалась методика ВНИИхимпроекта.

Приготовление композиции СМС производили в стеклянном цилиндрическом сосуде с лопастной мешалкой, помещенной в термостат.

Показатель «динамическая вязкость» определяли на вискозиметре, а текучесть – с помощью термостатируемой воронки. С целью максимального приближения к заводским условиям выдерживались очередность и время загрузки компонентов. Свойства СМС «Устюрт» сильно зависят от порядка загрузки сырья. Приготовление композиции по схемам К-3 и К-6 является оптимальным и не требует в дальнейшем дозревания перед распылительной сушкой. Выводы, полученные для СМС «Устюрт», оказались верными и для приготовления композиций других СМС.

К наиболее важным технологическим параметрам в производстве порошкообразных CMC методом распылительной сушки, оказывающим влияние на технологический процесс и качественные показатели композиции и готового продукта, относятся температура, время приготовления композиции, содержание воды в композиции, давление распыливания композиции, температура газов на входе и выходе из сушильной башни, количество сушильного агента и др.

Рецептура СМС

Приготовление композиции осуществляется путем смешивания сыпучих и жидких компонентов сырья в реакторах непрерывного действия, оснащенных перемешивающими устройствами различной конструкции в зависимости от объема реактора, способа приготовления композиции и компоновки реакторов. Время приготовления композиции колеблется в пределах 10–30 мин.

Таблица 1.

Зависимость качественных показателей CMC от технологических параметров

Экспериментальные данные (табл. 1) показывают, что с повышением температуры и уменьшением времени приготовления композиции ее вязкость понижается. С увеличением количества твердой фазы в композиции вязкость возрастает.

Кроме того, ужесточение технологических параметров приготовления композиции (повышение температуры, длительности процесса и др.) не оказывает заметного влияния на ухудшение таких потребительских свойств CMC, как моющая и комплексообразующая способности. Это дает возможность в производственных условиях повысить температуру приготовления композиции, снизить вязкость, увеличить содержание твердой фазы в композиции и повысить производительность сушильной башни по готовому порошку.

Исследование влияния температуры сушки на количественные показатели СМС (табл. 2) показало, что с повышением температуры сушильного агента наблюдаются уменьшение рН и снижение комплексообразующей способности готового продукта, что связано с образованием более кислых продуктов.

Таблица 2.

Влияние температуры сушки на качественные показатели СМС

Одним из важных показателей порошкообразных CMC является насыпная плотность. На стабильность насыпной плотности готового продукта влияют точность дозирования исходных компонентов сырья, эффективное и равномерное их смешение в реакторе, стабилизация технологических параметров приготовления и сушки композиции. Поэтому для каждой рецептуры CMC, отличающейся составом и количеством сырья, необходим индивидуальный оптимальный технологический режим.

Получение порошкообразных CMC с высокой и стабильной насыпной плотностью является первоочередной задачей, которая может быть решена путем усовершенствования технологии, модернизации оборудования и отработки оптимальных технологических режимов для каждой рецептуры CMC.

Склонность СМС поглощать атмосферную влагу влияет на условия производства, качество продукта при хранении и транспортировке. При значительной гигроскопичности СМС слеживаются, ухудшаются их сыпучесть и рассеиваемость.

Гигроскопическую точку образцов СМС определяли для гранул с диаметром 2–3 мм эксикаторным методом при температуре 25 °С. Как свидетельствуют данные таблицы 3, гигроскопические точки готовых моющих средств (образцы № 1 и № 2) составляют 72,0 и 70,5 % соответственно, а образцов СМС на основе сесквикарбоната натрия с разными добавками колеблются от 76,10 до 77,10 %. Гигроскопические точки СМС на основе сесквикарбоната натрия по сравнению с существующими моющими средствами значительно выше. Это объясняется наличием в составах исследуемых образцов менее гигроскопического вещества – сесквикарбоната натрия.

Высокая скорость растворения гранул СМС – одно из благоприятных товарных и физико-химических свойств этого порошка. Увеличение скорости растворения гранул – важная задача при создании высокоэффективных СМС. Поэтому нами были проведены исследования по определению скоростей растворения гранул СМС, полученных в результате добавления разных видов добавок при их различных соотношениях.

Таблица 3.

Химический состав и гигроскопическая точка синтетических моющих средств, полученных при введении фосфатной добавки и метасиликата натрия

Исследования проводились по методике, которая состояла в визуальном наблюдении и фиксации времени полного растворения гранул СМС, опущенных в дистиллированную воду с температурой 25 °С, залитую в химический стаканчик емкостью 100 мл.

Таблица 4.

Скорость растворения в воде гранул СМС

Результаты исследований (табл. 4) свидетельствуют, что при введении фосфатной добавки или метасиликата натрия скорость растворения гранул СМС увеличивается по сравнению с существующими СМС «Миф» и «Пемос» (40,18 и 44,53 с). При увеличении массовой доли фосфатной добавки от 20 до 40 % и метасиликата натрия от 5 до 20 % в полученных образцах СМС время полного растворения гранул возрастает от 25,04 до 26,43 с и от 24,46 до 25,50, т.е. в 1,7 раза по сравнению с СМС «Миф» и «Пемос».

На основе результатов проведенных лабораторных исследований разработана принципиальная технологическая схема процесса получения моющих средств бытового назначения на основе местных сырьевых ресурсов. Составлен материальный баланс производства одной тонны СМС, полученного из пероксикарбоната и сесквикарбоната натрия.

Список литературы:

1. Ермолаева В.А. Химическая структура основных компонентов синтетических моющих средств // Современные наукоемкие технологии. – 2007. – № 10 – С. 34–38.
2. Исследование процесса получения сесквикарбоната натрия / А.У. Эркаев, А.Т. Каипбергенов, А.К. Рамбергенов, С.С. Оспанова [и др.] // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2011. – № 2. – С. 13–16.
3. Исследование процесса получения сесквикарбоната натрия жидкофазным способом / А.У. Эркаев, А.Т. Каипбергенов, Б.Х. Кучаров, З.К. Тоиров // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2015. – № 3. – С. 6–9.
4. Николаев П.В. Основы химии и технологии производства моющих средств : учеб. пособие / П.В. Николаев, Н.А. Козлов, С.Н. Петрова. – Иваново : Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2007. – 116 с.
5. Физико-химические основы получения троны из карбоната и бикарбоната натрия / А.У. Эркаев, А.Т. Каипбергенов, Р.Я. Якубов, А.К. Рамбергенов [и др.] // Химическая технология. Контроль и управление. – Ташкент, 2011. – № 6. – С. 16–22.