В прошлой статье мы рассмотрели 5 групп продуктов, которые по мнению европейцев, составляют основу любого моющего средства и будут продолжать оставаться основой и в ближайшем будущем.
Тот факт, что основа моющего средства и его свойства закладываются с самого старта в выборе подобающего неионогенного ПАВ – далеко не новость. Еще много лет назад в 2002 году, когда мы только начинали работать на рынке Беларуси, и ключевым и единственным партнером для нас был концерн Akzo Nobel, мы активно продвигали данный подход, хотя в те годы основой для наших производителей выступали другие продукты – лауретсульфат натрия и нонил-фенол этоксилаты (неонол).
В данной статье мы хотим поговорить про НПАВ, какие параметры необходимо учитывать при подборе НПАВ и почему неионогенный ПАВ – это «первый» основной компонент, от выбора которого зависит эффективность рецептуры.
Давайте вспомним немного теории.
НПАВ не содержат в своей структуре ионогенные группы, поэтому данные ПАВ совместимы с катионными и анионными продуктами. Растворы НПАВ устойчивы к электролитам, что расширяет возможности практического использования НПАВ в сравнении с ионогенными ПАВ. Поверхностная активность НПАВ обусловлена балансом гидрофобных и гидрофильных структур, содержащихся в молекуле НПАВ, поэтому для того чтобы получить желаемый эффект и необходимую функциональность, необходимо изменить баланс между гидрофобной или гидрофильной частью. Степень оксиэтилирования НПАВ определяет их растворимость в воде и неполярных (углеводород
ных) жидкостях. Этот показатель у водорастворимых НПАВ обычно не ниже 7–10, у маслораствори мых – не выше 6.
Как мы конструируем моющее средство и подбираем подходящий ПАВ?
Стандарт моющего средства это:
Смачиватель
•ПАВы
Эмульгатор
•ПАВы, полимеры, загустители, жирные спирты, гликоли
Диспергатор
•ПАВы, полимеры, загустители, комплексообразователи, жирные спирты
Комплексообразователь
•Полимеры, комплексообразователи
Гидротроп
•ПАВы, жирные спирты, водорастворимые растворители, гликоли
pH-регулятор
•Все и ничего
Загуститель
•ПАВы, полимеры, комплексообразователи
При разработке состава моющего средства мы строим рецептуру на трех «китах»:
∙ 1. база/ основные компоненты/ основные ПАВ – в качестве которых выступают: смачиватель, эмульгатор
∙ 2. гидротроп – при необходимости – в зависимости от характера основного ПАВ ∙ 3. функциональные добавки – под которыми понимаются: загустители, комплексообразователи, диспергаторы, отдушка, консервант, пенообразователь.
Подбор нужной базы – это ШАГ № 1 – смачивание поверхности – смачиватель позволяет водному средству начать «работать» на поверхности, снимает поверхностное натяжение между двумя фазами, обеспечивая «привлекательность» поверхности для всех остальных компонентов рецептуры и включая «клининговую силу» самой рецептуры.
ШАГ 2 – решаем, нужен ли в рецептуре со –ПАВ, дополнительный продукт, который будет выступать бустером для основного ПАВ, усиливать его свойства, таким образом делая поверхность еще более привлекательной и подготовленной к очистке.
ШАГ 3 – завершающий, где на подготовленной поверхности, благодаря действию базы (смачиватель + со-ПАВ при необходимости), начинают свое действие другие активные составляющие: эмульгатор (эмульгирует жирные частицы), диспергатор (диспергирует твердые частицы), кислота/ щелочь, комплексообразователь.
Подытоживая, мы считаем, что грамотный подбор – смачивателя/ эмульгатора/ диспергатора – то есть НПАВ либо смеси ПАВ – предопределяет дальнейшее конструирование рецептуры.
Производители химического сырья важным показателем при выборе НПАВ считают показатель ГЛБ. Что такое ГЛБ – это гидрофильно-липофильный баланс, так называемая полуэмпирическая шкала чисел, которые характеризуют действие ПАВ, как эмульгатора. Эта шкала была разработана У.Гриффином, где он предложил систематизировать все известные эмульгаторы, состоящие из гидрофобных и гидрофильных групп, в соответствии с их способностью стабилизировать прямые и обратные эмульсии. Чем гидрофильнее молекула ПАВ, тем выше значение ГЛБ.
Известно, что вещества с ГЛБ порядка 2-4 – это анти-вспенивающие добавки, вещества с ГЛБ 12-16 – это современные моющие средства, вещества с более высокими ГЛБ – солюбилизаторы, то есть вещества, способствующие взаимному растворению несмешивающихся в обычных условиях веществ. Рассчитать величину ГЛБ конкретного вещества можно на основе знания его химического состава.
Современные технологии позволяют на основании формул для расчета ГЛБ сконструировать моющие составы с требуемой величиной ГЛБ, то есть задать требуемые свойства.
Система дает достаточно определенный ответ, по крайней мере, на два вопроса: КАКИЕ ПАВ подходят, а какие НЕТ и ЧТО будет получено в итоге. Показатель ГЛБ (HLB) вы найдете в каждом PDS (Product Data Sheet), описании на продукт.
Мы хотим подробнее осветить НПАВ, которые есть в ассортименте двух наших основных партнеров – NOURYON и STEPAN.
Данные компании являются мировыми лидерами, «глыбами» в производстве всего спектра ПАВ, которые нашли применение в многочисленных отраслях промышленности. Обе компании имеют штаб-квартиры в США, а их производственные площадки расположены по всему миру.
Компания NORYON (прежнее название AKZO NOBEL) в своей номенклатуре имеет широкий спектр неионогенных ПАВ: этоксилаты жирных спиртов с узкой цепочкой распределения, алкоксилаты жирных спиртов, алкилглюкозиды.
Возвращаясь к подбору ПАВ в качестве «базы» моющего средства, компания NOURYON настойчиво акцентирует наше внимание именно на этоксилатах жирных спиртов с узкой цепочкой, поскольку они обладают всем букетом функциональных свойств: обезжиривание, смачивание, эмульгирование, повышение или снижение пены, вязкость и солюбилизация.
Nouryon сами делают синтез узкоцепочечных НПАВ, с заданными узконаправленными свойствами, что предопределяет их функциональность, эффективность при предельно низких концентрациях и низких температурах.
В чем различие узкоцепочечных этоксилатов спиртов от этоксилатов спиртов со стандартной цепочкой и одинаковой степенью этоксилации:
| Стандартные этоксилаты спиртов с 4-5 ЕО | Узкоцепочечные этоксилаты спиртов с 4-5ЕО |
| Только половина продукта действительно «работает» и вносит вклад в процесс очистки | Почти весь продукт синтезирован с требуемым и заданным значением ЕО для эффективной очистки и обезжиривания |
| Непрореагировавший спирт «работает» как «жирное» загрязнение | Очень низкое содержание непрореагировавшего спирта, таким образом почти нет «жирной» грязи в продукте |
| Более высокая степень этоксилации означает, что продукт будет хуже проявлять обезжиривающие свойства | Нет запаха спирта |
| Более высокий показатель температуры помутнения означает, что очистка при более низких температурах затруднительна. Также это показатель говорит о том, что будет образовываться излишняя пена. | Более удобное обращение в холодную пору года, что объясняется низкой вязкостью продукта благодаря низкому содержанию высших этоксилатов |
| Превосходная смываемость – благодаря низкому пенообразованию за счет небольшого содержания высокоэтоксилированных компонентов и быстрого разрушения пены | |
| Нет необходимости использовать растворители в рецептуре, даже в специальных случаях, когда это кажется необходимым, поскольку Nouryon уверен в превосходных обезжиривающих свойствах узкоцепочечных спиртов без «поддержки» растворителем. |
ПРИМЕРЫ неионогенных ПАВ Nouryon/ узкоцепочечные этоксилаты жирных спиртов и алкоксилаты жирных спиртов
| Продукт | Первичная функция в моющем средстве | |
| Узкоцепочечные этоксилаты | ||
| Ethylan 1003 | (C10 alcohol ethoxylate | смачивание |
| Ethylan 1005 | C10 alcohol ethoxylate | смачивание, эмульгирование |
| Berol 260 | C9-C11 alcohol ethoxylate | смачивание, эмульгирование |
| Berol 266 | C9-C11 alcohol ethoxylate | смачивание, эмульгирование |
| Berol 360 | C10 natural alcohol ethoxylate | смачивание, эмульгирование |
| Berol 366 | C10 natural alcohol ethoxylate | смачивание, эмульгирование |
| Алкоксилаты | ||
| Ethylan 1008W | 2-Propylheptanol ethoxylate | эмульгирование, диспергирование |
| Berol 185 | Alcohol ethoxylate propoxylate | эмульгирование, диспергирование смачивание |
| Berol 175 | C12-C16 alcohol ethoxylate | смачивание, эмульгирование |
| Berol 087 | C12-C16 alcohol ethoxylate/ propoxylate | эмульгирование, диспергирование смачивание |
Компания STEPAN также имеет в своем каталоге целый перечень НПАВ. Особое внимание они предлагают обратить на алкоксилаты жирных спиртов и оптимизированно подобранных их смесей.
Возвращаясь к подбору базы моющего средства, среди прочего, Stepan предлагает другой подход к подбору неионогенного ПАВ– смачивателя.
Специалисты отталкиваются от анализа самой поверхности, прибегая к термину Свободная Поверхностная Энергия (Surface Free Energy, сокращенно SFE). Что такое SFE? Это, в принципе, поверхностное натяжение твердой поверхности. Показатель SFE замеряется путем вычисления угла контакта с поверхностью. Но, если простое измерение контактного угла дает показатель Смачивающей способности ПАВ на той или иной поверхности, то SFE – это количественное измерение межмолекулярных сил на поверхности, которые зависят от используемой жидкости.
Таким образом, считается, что, зная показатель SFE, вы можете предсказать поведение любой жидкости на поверхности.
Поверхности разделяют на два типа – поверхности с избыточной Свободной поверхностной энергией и низкой СПЭ (SFE).
-Избыточная SFE – как-то, например, стекло, керамика – вода растекается (распределяется)
-Низкая SFE – например, поверхность автомобиля, гранит, акриловые и акрил-виниловые поверхности – вода собирается в шарики.
Поверхности с избыточной SFE СМОЧИТЬ ПРОЩЕ.
Stepan делает акцент на следующем: если показатель Поверхностного натяжения продукта (готового моющего средства) ниже показателя SFE, средство будет прекрасно смачивать поверхность. Прекрасные смачивающие свойства тем самым позволят большему количеству средства распределиться по большей площади поверхности и также визуально оставить МЕНЬШЕ остатка и разводов, после смыва и высыхания.
Показатель поверхностного натяжения НПАВ всегда указан в описании на продукт (Product Datasheet, PDS).
Базируясь на данном подходе, у STEPAN есть интересные предложения для рынка – алкоксилаты жирных спиртов, которые одинаково эффективно «работают» как смачиватель + обезжириватель в рецептурах средств на поверхностях с избыточной и низкой SFE- продукты серии LFS: BIO-SOFT LFS 07 и BIO-SOFT LFS – 04.
Таким образом, при формировании рецептуры моющего средства очень важным является выбор подходящей базы – основы – НПАВ. При выборе НПАВ необходимо учитывать многие факторы, основными из которых являются тип поверхности/ природа загрязнений/ температура/ свойства моющего средства и область применения. Данный этап позволит построить рецептуру максимально эффективную и избежать лишних затрат на следующих этапах, путем добавления дополнительных ингредиентов, которые, возможно, могут быть излишними.