Изучение свойств водных растворов препаратов ПАВ группы

Международный конкурс студенческих идей
«Шаг в будущее – 2015»
Инновационные технологии 21 века
(ХИМИЯ, ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ)
Изучение свойств водных
растворов препаратов ПАВ
группы ZETESOL
Авторы проекта: Герасимович Вероника Александровна,
студентка 5 курса
Харлан Татьяна Владимировна,
студентка 4 курса
Научные руководители: Эмелло Галина Геннадьевна,
доцент, канд. техн. наук
Бондаренко Жанна Владимировна,
доцент, канд. техн. наук
Актуальность работы
• За последние годы на косметическом рынке
Беларуси появилось множество препаратов
ПАВ импортного производства.
• Они не являются индивидуальными ПАВ
(смеси), а также содержат различные примеси.
• Свойства данных препаратов не описаны в
специальной литературе.
• Изучение свойств препаратов ПАВ и их водных
растворов является актуальным как с научной,
так и с практической точки зрения.
Цель работы
• Изучение поверхностно-активных и
коллоидно-химических свойств
водных растворов препаратов ZETESOL
ZN и ZETESOL MG, способности их к
пенообразованию и стабилизации пен
для обоснования функционального
действия препарата ПАВ в составе
косметического средства
Методы исследования
• Сталагмометрия (поверхностно-активные
свойства)
• Рефрактометрия (способность к
преломлению света)
• Турбидиметрия (способность к рассеянию
света)
• Кондуктометрия (электрические свойства)
• Прибор Росс-Майлса (получение и
изучение свойств пен)
Состав препаратов ПАВ группы ZETESOL
Наименование
ингредиента
Содержание ингредиента,
масс.%
ZETESOL ZN
ZETESOL MG
Лаурет сульфат
металла
Лаурет-3
25,0
50,0
1,00
5,00
Сульфат металла
0,30
2,00
-
0,15
73,70
42,85
Феноксиэтанол
Вода
Изотермы поверхностного натяжения
водных растворов препаратов ПАВ
1 – ZETESOL ZN
2 – ZETESOL MG
Характеристика
ZETESOL ZN
ZETESOL MG
g, Дж л/моль м2
3,35 · 102
3,29 · 102
а∞, моль/м2
5,40 · 10–6
5,26 · 10–6
30,7
31,6
В, Дж/м2
5,01 · 10–3
4,87 · 10–3
А, л/моль
6686,6
6755,6
S0, (Å)2
Зависимость показателя преломления водных
растворов препаратов ПАВ от концентрации
1 – ZETESOL ZN
2 – ZETESOL MG
Условия эксперимента:
Рефрактометр ИРФ
454Б2М
Температура 22°С
Показатель преломления определяется молекулярной рефракцией (сумма
атомных рефракций и рефракций инкрементов связи), а также рефракцией связей
молекул в мицелле
Зависимость оптической плотности
водных растворов препаратов от
концентрации
1 - ZETESOL ZN
2 – ZETESOL MG
Условия эксперимента:
Прибор КФК-3-01 «30МЗ»
Ширина кюветы – 3 см
Длина волны 340 нм
Температура 22°С
Оптическая плотность прямо пропорциональна количеству частиц в единице
объема системы и объему одной частицы в квадрате
Зависимость электропроводности от
концентрации растворов препаратов
1 – ZETESOL ZN
2 – ZETESOL MG
Условия эксперимента:
Прибор кондуктометр
ЕС 215 (фирма Hanna
Instruments, Германия)
Температура 22°С
Электропроводность зависит от количества заряженных частиц (ионов и мицелл)
и от их подвижности в электрическом поле
Зависимость рН от концентрации
растворов препаратов
1 – ZETESOL ZN
2 – ZETESOL MG
Сравнительный анализ свойств
водных растворов препаратов
группы ZETESOL
• - поверхностно-активные свойства близки, т.к.
определяются в основном природой одинакового
поверхностно-активного аниона;
• - оптические свойства (в большей степени рассеяние
света) проявляются наиболее значительно в коллоидных
растворах препарата ZETESOL MG, обладающего большей
способностью к мицеллообразованию;
• - электропроводность коллоидных растворов препарата
ZETESOL MG в 5 раз превышает электропроводность
растворов препарата ZETESOL ZN при одинаковых
концентрациях раствора, что находится в прямой
зависимости от количества сульфата металла в препарате
Зависимость пенообразующей
способности препаратов и устойчивости
пен от концентрации раствора
300
Пенное число, мм.
200
1
150
100
50
-2,5
-1,5
0
-0,5
0,5
lg c (c, г/л)
1,5
Устойчивость пены, %
2
250
а
2
1
-2,5
-1,5
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-0,5
б
0,5
1,5
lg c (c, г/л)
1 – ZETESOL MG; 2 – ZETESOL ZN
Пенное число – высота столба пены через 30 с после истечения жидкости; мм
Устойчивость пены – отношение высоты столба пены через 5 мин к высоте
столба пены через 30 с, %
Кинетика разрушения пен
300
а
250
6
5
4
200
150
3
100
2
50
1
0
0
1
2
3
4
5
Высота столба пены, мм
Высота столба пены, мм
300
б 6
250
5
4
200
150
100
3
50
2
0
1
0
Время, мин
1
2
3
4
Время, мин
а –ZETESOL MG, б – ZETESOL ZN
Концентрация ПАВ , г/л: 1- 0,01; 2- 0,05; 3- 0,1; 4- 0,5; 5 – 1,0; 6- 5,0.
5
Плотность пены, г/см3
Плотность пен
0,12
0,1
0,097
0,09
0,086
0,08
0,06
0,04
0,044
0,05
0,054
0,051
0,03
0,02
0
0,1
0,5
1,0
5,0
Концентрация ПАВ, г/л
Zetesol Mg
Zetesol Zn
Плотность пены, образованной косметическими гигиеническими моющими
средствами, должна составлять 0,006-0,01 г/см³.
Сравнительный анализ
пенообразования в водных растворах
препаратов группы ZETESOL
• Пенообразующая способность в истинных растворах
ПАВ соизмерима, в коллоидных растворах ПАВ – выше у
препарата ZETESOL ZN.
• Требованиям, предъявляемым к гигиеническим
моющим средствам( пенное число не менее 100-140
мм) удовлетворяют растворы обоих препаратов с
концентрациями 0,1 г/л и выше.
• Максимальная устойчивость пен (92-94%) достигается
при концентрации выше 0,2г/л (для ZETESOL ZN) и выше
0,4 г/л (для ZETESOL MG).
• Незначительное разрушение пен происходит в первые
1-2 мин, затем их устойчивость не меняется.
• Все полученные пены удовлетворяют требованиям,
предъявляемым к гигиеническим моющим средствам.
Влияние ПВП на поверхностноактивные свойства препаратов
Поливинилпиролидон является поверхностно неактивным веществом ,т.е. не
влияет на поверхностное натяжение воды ( в области концентраций 0,005-5,000 г/л).
Его используют в составе гигиенических моющих средств для повышения вязкости
систем (функция загустителя системы).
ZETESOL MG
ZETESOL ZN
а
б
Влияние ПВП на пенообразование в
водных растворах препаратов
Пенное число, мм
300
2б
1б
250
1а
150
2а
100
200
50
-6
-5
-4
-3
-2
-1
ln c (c, г/л)
1 – ZETESOL MG
2 – ZETESOL ZN
Концентрация растворов препаратов: а – 0,1 г/л; б – 1,0 г/л
0
Анализ влияния поливинилпиролидона
на поверхностно-активные свойства и на
пенообразование в водных растворах
препаратах группы ZETESOL
• Характер влияния ПВП на поверхностно- активные свойства не
однозначен и зависит от ряда факторов: природы основного
поверхностно-активного ингредиента препаратов, наличия
примесей, концентрации ПАВ в растворе и содержания в нем
ПВП (поверхностная активность препарата при этом меняется
незначительно).
• Пенообразование в изученных системах также зависит от
концентрации растворов ПАВ и содержания ПВП. В водных
растворах ПАВ с концентрацией 2,0 г/л, содержащих ПВП в
количествах 1,0-10,0 г/л, пенообразующая способность и
устойчивость пен находятся в пределах, соответствующих
требованиям СТБ 1675-2006.
Заключение
• Проведенные исследования показали, что
препараты группы ZETESOL выполняют в
составе гигиенических моющих средств
функции пенообразователей и
стабилизаторов, что связано с их высокими
поверхностно-активными свойствами и
способностью к мицеллообразованию.
• Препарат ZETESOL ZN при одинаковых
концентрациях растворов обладает более
высокой пенообразующей способностью.