Моющее действие. 
Микрокапсулирование

Приведем примеры использования ПАВ для стабилизации сложных дисперсных систем различной природы: в качестве моющих средств и для микрокапсулирования различных веществ, т. е. покрытия частиц тонким слоем непроницаемой (или ограниченно проницаемой) защитной оболочки.

Отмывание твердых и жидких, низкои высокомолекулярных загрязнений — процесс, широко распространенный не только в быту, но и в современной технике (для очистки различных поверхностей перед последующей обработкой и нанесением защитных покрытий, отмывания от масла и грязи двигателей и кузовов машин и пр.). Близко к этим процессам применение ПАВ для увеличения степени извлечения нефти из пласта (см. гл. III). Синтетические ПАВ (см. II.3), в основном, используют в составе различных многокомпонентных композиций, называемых синтетическими моющими средствами (СМС). Сложность процесса отмывки связана, в частности, с тем, что загрязнения, как правило, представляют собой многокомпонентную смесь твердых и жидких веществ, часто образующую сильно структурированную систему, а при отмывании тканей на это накладывается возможность чисто механического удержания загрязнений между волокнами. Теория моющего действия, развитие которой еще далеко не завершено, может помочь в составлении оптимальных рецептур СМС и технологических приемов отмывания поверхностей различной природы и вместе с тем в обеспечении достаточной степени экологической чистоты этих процессов.

Применение ПАВ в моющих средствах основано практически на всех рассмотренных выше механизмах их действия. Это прежде всего улучшение смачивания водой отмываемой поверхности, особенно важное при отмывании тканей, когда капиллярные силы могут существенно затруднить впитывание растворов моющих средств. При наличии жидких масляных загрязнений важную роль приобретает улучшение избирательного смачивания, содействующее оттеснению загрязнений водой с отмываемой поверхности. Отрыв твердых и жидких загрязнений от поверхности связан с проявлением диспергирующего действия ПАВ и является основной стадией процесса отмывания. Этому процессу помогают механические воздействия различной интенсивности, всегда используемые в процессах стирки. Важным условием эффективного удаления загрязнений с отмываемых поверхностей является предотвращение их ресорбции, что достигается предельно сильной стабилизацией отмытых примесей, а также лиофилизацией отмываемой поверхности, т. е. ее гидрофилизацией при использовании водных растворов СМС. Используемые ПАВ должны быть высоко поверхностно-активными, поскольку молекулярная растворимость таких ПАВ ограничена, их запас (депо) в растворе может быть обеспечен только при способности ПАВ к мицеллообразован и ю. Эффективная стабилизация жидких масляных загрязнений может быть связана с их солюбилизацией в мицеллах ПАВ.

Перечисленные механизмы, на которых основано моющее действие, обеспечиваются синтетическими мицеллообразующими ПАВ и особенно смесями анионных и неионогенных ПАВ (предпочтительно алкилсульфаты и оксиэтилированные спирты, составляющие в сумме от 10 до 4 0% состава СМС). Включаемые в СМС (до 5%) катионные ПАВ (алкиламины) служат бактерицидными средствами, а также регулируют мицеллообразование за счет формирования смешанных мицелл.

В состав СМС вводится (иногда до 30%) полифосфат натрия, который содействует стабилизации частиц загрязнений из-за повышения потенциала поверхности при адсорбции многозарядного аниона и, вместе с тем, уменьшает жесткость воды, связывая двухзарядные катионы. Однако применение полифосфата ограничивается, поскольку имеются сведения о том, что его попадание в водоемы приводит к резкому размножению синезеленых водорослей, вызывающих зарастание водоемов. В СМС вводятся также силикат, сульфат и карбонат натрия, а также бентонитовые глины, ранее употреблявшиеся как самостоятельные моющие средства (возможно, одни из древнейших на Земле). Силикат и карбонат натрия служат для регулирования pH раствора СМС, влияющего на моющее действие анионного ПАВ, а также на свойства поверхности волокон тканей, в частности, на их способность к набуханию. Оптимальное значение pH при стирке шерстяных тканей составляет 7 — 8, хлопчатобумажных 9 — 10, а при использовании СМС для технических целей «Пи выше.

Для лиофилизации поверхностей отмываемых материалов и частиц загрязнений используются различные высокомолекулярные вещества, например карбоксиметилцеллюлоза, вводимая в СМС в количестве нескольких процентов. В состав СМС часто вводят ферменты, способные расщеплять белки, присутствующие в загрязнениях.

Введение

ферментов в состав СМС стало возможным только после разработки методов их микрокапсулирования, что предотвращает вредное воздействие на ферменты других компонентов СМС.

В составе СМС, применяемых в автоматических стиральных машинах, содержится повышенное количество неионных ПАВ, предотвращающих излишнее пенообразование, которое может нарушить работу машин. Действие неионных ПАВ основано на их пониженной склонности к пенообразованию, особенно при высоких температурах, когда они утрачивают способность к мицеллообразованию из-за дегидратации полярных групп (см. гл. VI.2.1).

На этом же принципе основано использование неионных ПАВ в так называемых терморегулируемых моющих средствах, применяемых для очистки двигателей от загрязнений, масла и нагара. По данным А. Ф. Корецкого, обработка сильно загрязненных деталей органическими растворителями, содержащими ~ 10% смеси неионогенных ПАВ с разной длиной оксиэтиленовой цепи, при последующей отмывке слабым водным раствором тех же ПАВ обеспечивает быстрое самопроизвольное удаление загрязнений (даже без внешних механических воздействий) и полную очистку поверхностей. Повышение температуры выше температуры помутнения дисперсии неионного ПАВ приводит к расслоению образовавшейся при отмывании сложной дисперсной системы и выделению из нее воды, достаточно чистой для повторного использования, а также ПАВ. Это позволяет вести замкнутый цикл без выброса во внешнюю среду экологически опасных веществ — неионогенных ПАВ, масел, остатков топлива.

Промышленность выпускает СМС в виде порошков или паст, последние дешевле и экономичнее, поскольку их производство не включает энергоемких операций сушки и гранулирования. При производстве паст трудно достигнуть достаточной устойчивости их структуры при длительном хранении и при сильном охлаждении во время перевозок.

Перспективной и быстро развивающейся областью использования стабилизации дисперсных систем различной природы являются процессы микрокапсулирования^[1] порошков и капель жидкости. Микрокапсулирование — это создание на поверхности малых капель или частиц защитных пленок, предотвращающих контакт защищаемого вещества с внешней средой. Такие пленки, образованные высокомолекулярными веществами, в некотором смысле близки по структуре и назначению к мембранам клеток. Основными путями микрокапсулирования является адсорбция пленкообразующих высокомолекулярных веществ либо выделение на поверхности частиц пленки новой жидкой фазы (коаиервация). Пленки подвергаются обработке (введение дубителей, изменение pH, температуры) с целью придания им твердообразных свойств. Для получения пленок используют различные природные и синтетические вещества: белки (желатин, альбумин), полисахариды, производные целлюлозы, поливиниловый спирт, поливинилацетат и др.

Микрокапсулирование существенно улучшает технологические свойства самых различных продуктов и значительно расширяет область их применения. Микро капсулированное жидкое топливо характеризуется более высокими температурами воспламенения и малой взрывоопасностью. Брикеты такого «отвержденного» топлива можно перевозить и хранить без специальной упаковки с незначительными потерями. При загорании такое топливо можно погасить водой. Получение композиций твердых ракетных топлив основано на микрокалсулировании окислителя и восстановителя, смешение которых до момента использования невозможно из-за высокой активности.

В фармацевтической промышленности с помощью микрокапсулирования достигается стабилизация неустойчивых лекарственных препаратов, регулируется скорость их высвобождения в нужном участке желудочно-кишечного тракта, увеличивается продолжительность терапевтического действия при одновременном снижении максимального уровня концентрации препарата в организме.

В сельском хозяйстве использование микро капсулированных удобрений обеспечивает замедленное поступление их в почву и более равномерную подкормку растений. Микрокапсулирование позволяет наносить на семена защитные оболочки, содержащие ростовые вещества, удобрения и ядохимикаты. Применение кормовых добавок и концентратов, в состав которых входят аминокислоты, белки, жиры, соли, витамины, антибиотики и т. п., требует строгой дозировки, обеспечения совместимости и достаточной стабильности, что достигается использованием микрокалсулированных компонентов.

• [1] См.: Солодовник В. Д. Микрокапсулирование. М.: Химия, 1980.