Chemické speciality 1. Povrchově aktivní látky 2. Organická barviva a pigmenty 3. Biologicky aktivní látky: léčiva, regulátory růstu rostlin, pesticidy 4. Vonné a chuťové látky 5. Přísady pro polymery
Chemické speciality přednáška I
Vymezení pojmů • chemické speciality – látky, které jsou zařazené do skupin podle svých užitných vlastností ZDROJE SUROVIN
ZÁKLADNÍ MEZIPRODUKTY*
ZÁKLADNÍ PRODUKTY
SPECIÁLNÍ MEZIPRODUKTY
SPECIÁLNÍ PRODUKTY
roste cena a četnost roste množství *např. benzen
Chemické speciality přednáška I
COMMODITIES
FINE CHEMICALS
Chemické speciality
Základní produkty • standardní sortiment látek se širokou spotřebou • velmi podobné technologie • investičně náročné • cena ovlivněna kapacitou • koupit licenci je možné • malý prostor pro výzkum, probíhá pouze technologický
• široký sortiment, složitá výroba • pestrost variant • cena daná vlastnostmi • malotonážní výroba • univerzální zařízení • licence se neposkytují • významná reklama, propagace a poradenství • důležitá finalizace výrobku
Chemické speciality přednáška I
POVRCHOVĚ AKTINÍ LÁTKY TENZIDY* • osobní spotřeba – mýdla, praní, čištění, potravinářství, kosmetika, farmacie • průmyslová spotřeba – textilní, papírenský, kůže, chemický (odvodnění ropy, odpěňování, emulzní polymerace, pesticidní), kovoprůmysl (odmašťování), mazadla, chlazení, stavebnictví (úprava betonových směsí), asfaltování vozovek, hornictví (snižovaní prašnosti v dolech) *surfactants
Chemické speciality přednáška I
Tenzidy • dokáží snižovat povrchové (mezipovrchové) napětí kapalin na fázovém rozhraní s jinou nemísitelnou látkou • působení je fyzikálně-chemické, tenzid se během použití nemění • žádoucí je dosáhnout homogenizace, usnadnit dispergaci dvou nemísitelných fází
Chemické speciality přednáška I
Tenzidy – povrchové napětí • povrchové napětí – síla působící kolmo dovnitř na jednotku délky [N/m] – vyvolávané přitažlivými silami mezi molekulami, závisí na struktuře molekul – brání zvětšení povrchu kapaliny
• zvětšit fázové rozhraní = snížit povrchové napětí • pro dispergaci je nutná práce - čím větší je povrchové napětí, tím větší je potřebná práce
Chemické speciality přednáška I
Struktura tenzidu • vždy bipolární charakter, tj. velký dipólový moment Q Q r . • dipólový moment µ = Q r [D]; 1D = 3,335*10-30 C.m +
x x
Y Y
Y
x
Y
x
-
x
x Y
X ... nepolární část molekuly tenzidu, hydrofobní, lipofilní Y ... polární část molekuly tenzidu, hydrofilní, lipofobní Chemické speciality přednáška I
x Y
Struktura tenzidu Y x
Y
Y
x
Y
x
x
x Y
x Y
X ... delší alifatický řetězec (C10-C20), lépe nerozvětvený, nasycený Y ... ionogenní, určuje charakter tenzidu – anionické, kationické, amfolytické, neionogenní
Chemické speciality přednáška I
Typy tenzidů • anionické obsahují skupiny: -COONa (mýdla), SO3Na (sulfonany), -OSO3Na (sulfáty), OPO(ONa)2 (fosfáty) • kationické: [R-N-(CH3)3]+Cl• amfoterní (amfolytické): mají dvě funkce – v kyselém prostředí jsou kationické, v bazickém anionické • neionogenní: X-O-(CH2CH2O)nH Chemické speciality přednáška I
Tvorba micel • HLB – údaj tenzidu, vyváženost mezi polární a nepolární částí molekuly, aby nebyla příliš velká rozpustnost ani jedné části olej
micela
voda
• pokud je fázové rozhraní plně obsazeno vzniká micela • ck ... kritická koncentrace tvorby micel (cca 10-3 – 10-5 mol/l) • velikost micel 10-100 molekul (1 micela), tj. 0,001-0,2 µm
Chemické speciality přednáška I
Rozpustnost a stabilita tenzidů rozpustnost tenzidů ve vodě je vyšší než ck ionogenní tenzidy – s teplotou roste rozpustnost neionogenní tenzidy – s teplotou klesá rozpustnost teplota zákalu a Kraftův bod 60 % vyráběných tenzidů se používá v čistících a pracích prostředcích • tvrdá voda narušuje účinky tenzidů • • • • •
2RCOONa + Ca2+ → (RCOO)2Ca + 2 Na+ 2RSO3Na + Ca2+ → (RSO3)2Ca + 2 Na+ 2ROSO3Na + Ca2+ → (ROSO3)2Ca + 2 Na+ • citlivost na kyselé prostředí • alkalické vadí pouze sulfonanům Chemické speciality přednáška I
roste citlivost na praní v tvrdé vodě
Účinky tenzidů • • • • • • • • • •
povrchová aktivita vykazují všechny tenzidy schopnost tvořit micely smáčecí (zkrápěné reaktory) suspenzační emulgační solubilizační (nepravé roztoky) pěnící (ionogenní) odpěňovací (neionogenní) detergenční speciální (avivážní, antistatické, baktericidní – kationické) vyvločkování – flokulace – rozrušení emulze, jedna emulzní složka se vyloučí, reverzibilní Chemické speciality přednáška I nevratné rozdělení fází – koagulace – složky vytvoří druhou fázi,
Složení pracích prostředků • optimální koncentrace tenzidu cca 5 g/l • tenzidy: alkylbenzensulfonany alkylsulfáty mýdla • aktivní přísady: změkčovadla vody ochranné koloidy peroxoboritany sodné křemičitan sodný • pomocné přísady: opticky zjasňující parfémy enzymy • plnící přísady: voda síran sodný Chemické speciality přednáška I
10-16 % 0-5 % 0-7 % 20-40 % 2% 3-10 % 0-5 % 0-3 % 0,05-0,5% 0-1 % 7-10 % do 100 %
Složení tekutých čistících prostředků • tenzidy
• přísady
alkylbenzensulfonany 8-10 % alkylsulfáty, alkensulfáty 0-5 % alkylpolyethylenglykolethery 8-10 % alkylpolyglykolethery 0-7% změkčovadla vody citran sodný 10-20 % pyrofosforečnan sodný 0-7% hydrotropní látky 3-4 % speciální přísady 1-3% voda zbytek do 100 % Chemické speciality přednáška I
Vývoj a současný stav tenzidů • nejstarší – mýdla, rozvoj po r. 1800 • tenzidy na petrochemické bázi – 1950 (alkylbenzensulfonany) • dnes – 50 % tvoří mýdla, snaha vyrábět tenzidy na bázi přírodních (obnovitelných) zdrojů • spotřeba u nás 10 kg/obyvatel/rok • výroba: 60 % anionické (20 typů, praní) 30 % neionogenní (10 typů, praní) 10 % amfolitycké a kationické (10 typů) • vývoj tenzidů je ukončen, pouze speciální účely Chemické speciality přednáška I
