СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ Российский патент 2004 года по МПК G01N13/00 

Изобретение относится к области синтетических моющих средств и касается оценки их эффективности.

Синтетические моющие средства - это смеси компонентов, которые не эквивалентны в термодинамическом смысле “чистому” поверхностно-активному веществу.

При создании составов моющих средств используют смеси поверхностно-активных веществ разной природы, комплексообразователи, электролиты и другие добавки.

При растворении моющих средств в воде происходит образование мицелл-агрегатов из длинноцепочечных дифильных молекул или ионов. В результате комбинаций различных взаимодействий в составе синтетических моющих средств возникают сложные ассоциаты, которые обладают комплексом новых свойств, отличных от свойств индивидуальных поверхностно-активных веществ.

Отсутствие данных о расположении границ раздела фаз в составах моющих средств не позволяет применять известные “правила” фазового поведения “чистых” поверхностно-активных веществ. Поэтому при создании новых составов синтетических моющих средств необходимы критерии оценки их эффективности.

Известен способ оценки эффективности синтетических моющих средств по критерию - моющей способности, который основан на сравнительном отмывании искусственно загрязненной ткани испытуемым моющим средством и составом, взятым в качестве объекта сравнения, с последующим фотоколориметрическим определением белизны ткани, см. ОСТ 2309-006-00209045-94 “Метод определения моющей способности CMC”.

Для определения моющей способности синтетических моющих средств используют хлопчатобумажную ткань, загрязненную пигментно-масляным составом (ПМС) или белковым составом (БС), загрязнения имеют небольшой срок хранения 1,5-2,0 месяца.

Недостатком известного способа является то, что этот способ требует длительного эксперимента для получения оценки эффективности моющего средства, который зависит от природы загрязнения, ошибка величины моющей способности составляет 4%. Кроме того, при создании новых или улучшенных синтетических моющих средств данный способ не показывает динамику их улучшения или ухудшения.

Задачей изобретения является разработка способа оценки эффективности синтетических моющих средств, позволяющего создавать новые эффективные их составы.

Техническая задача решается способом оценки эффективности синтетических моющих средств, содержащих поверхностно-активные вещества, комплексообразователь, электролиты и другие добавки, путем определения моющей способности, в котором вначале по значениям моющей способности выбирают исследуемый объект и объект сравнения, в качестве последнего используют эффективный на данный момент, затем для выбранных объектов, используя метод двойного разбавления, получают растворы синтетических моющих средств и для всех растворов при времени завершения формирования равновесного адсорбционного слоя определяют поверхностное натяжение (σ), после чего строят изотермы поверхностного натяжения по зависимости σ=f (с), где с - концентрация синтетических моющих средств, затем определяют на оси ординат в точках перегиба изотерм минимальные значения поверхностного натяжения, а по оси абсцисс - критические концентрации мицеллообразования, соответствующие минимальным значениям поверхностного натяжения, и по увеличению или уменьшению величины поверхностного натяжения и критической концентрации мицеллообразования исследуемого объекта и объекта сравнения судят об эффективности.

Решение технической задачи позволяет создавать оптимальные по эффективности синтетические моющие средства.

Для определения оценки эффективности берут синтетические моющие средства (CMC), содержащие поверхностно-активные вещества, комплексообразователь, электролиты и другие добавки, и определяют их моющую способность по ГОСТ 22567. 15-95 “Метод определения моющей способности CMC”, например:

- “Ариэль-AUTOMAT”, производитель “Проктер энд Гэмбл”, состава: анионное, катионное и неионогенное поверхностно-активные вещества; комплексообразователи - поликарбоксилаты, фосфаты и фосфонаты; электролиты - сода, сульфаты и силикаты; добавки - отбеливатель, энзимы и др.

- “BiMax-AUTOMAT”, производитель ОАО “Нэфис Косметике”, состава: анионное и неионогенное поверхностно-активные вещества; натриевые соли жирных кислот растительных масел; комплексообразователь - фосфаты; электролиты - силикаты, сульфат натрия; добавки - отбеливатель, пеногаситель, энзимы и др.

- “Sorti-AUTOMAT”, производитель ОАО “Нэфис Косметикс”, состава: анионное и неионогенное поверхностно-активные вещества; натриевые соли жирных кислот растительных масел; комплексообразователь - фосфаты; электролиты - сульфат натрия, силикаты; добавки - отбеливатель, пеногаситель, и др.

Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного выполнения.

Пример 1

По значениям моющей способности выбирают исследуемый объект -“BiMax-AUTOMAT” по ТУ 2381-018-00336582-98, производитель ОАО “Нэфис Косметикс” и объект сравнения, в качестве которого используют эффективный на данный момент “Ариэль-AUTOMAT”, производитель “Проктер энд Гэмбл”. Исходная концентрация выбранных объектов составляет 0,1%-ный раствор в жесткой (5,35 мг·экв. Са²⁺/дм³) воде при 50°С. После чего, используя метод двойного разбавления, получают растворы синтетических моющих средств разной концентрации, конечная концентрация 0,005%-ный раствор.

Затем по методу Вильгельми определяют поверхностное натяжение σ для всех приготовленных растворов синтетических моющих средств при времени формирования равновесного адсорбционного слоя, т.е. до достижения постоянного значения σ, что составляет 5-20 минут.

Метод Вильгельми в настоящее время является наиболее надежным и простым, см. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, с.568, 1979. Ошибка величины поверхностного натяжения составляет ±0,3%.

Используя полученные данные по σ растворов синтетических моющих средств, строят по зависимости σ=f(с) изотермы поверхностного натяжения для исследуемого объекта и объекта сравнения.

На фиг.1 приведена изотерма поверхностного натяжения для синтетического моющего средства объекта сравнения “Ариэль-AUTOMAT”. На изотерме наблюдается три перегиба. В точках перегиба изотерм на оси ординат определяют минимальные значения поверхностного натяжения, а на оси абсцисс соответствующие им значения критических концентраций мицеллообразования (ККМ), что соответствует сложным многоступенчатым процессам формирования мицелл.

При введении в синтетические моющие средства дополнительных компонентов изменяются ККМ и σ, причем смещение ККМ и σ в сторону больших значений свидетельствует об ухудшении поверхностно-активных свойств синтетических моющих средств и, наоборот, смещение ККМ и σ в сторону меньших значений свидетельствует об улучшении поверхностно-активных свойств синтетических моющих средств.

На основании сравнения значений σ и ККМ объекта сравнения (фиг.1) и исследуемого объекта “BiMax-AUTOMAT” (фиг.2) судят об эффективности синтетического моющего средства (CMC) (см. таблицу). Значения ККМ и соответствующие им величины поверхностного натяжения σ определяют графически. Пример определения ККМ и σ для объекта “Ариэль-AUTOMAT” приведен на фиг.1: при ККМ, = 0,02 вес.% значение σ=25,90 мН/м, при ККМ=0,035 вес.% значение σ=25,50 мН/м, при ККМ=0,05 вес.% значение σ=25,40 мН/м. Пример определения ККМ и σ для объекта “BiMax-AUTOMAT” приведен на фиг.2: при ККМ = 0,014 вес.% значение σ=27,00 мН/м, при ККМ=0,02 вес.% значение σ=25,00 мН/м, при ККМ=0,04 вес.% значение σ=24,00 мН/м.

Пример 2

Для определения оценки эффективности берут CMC и определяют их моющую способность по ГОСТ 22567. 15-95 “Метод определения моющей способности”.

По значениям моющей способности выбирают исследуемый объект -“Sorti-AUTOMAT” и объект сравнения, в качестве которого используют эффективный на данный момент “Ариэль-AUTOMAT”. Исходная концентрация выбранных объектов составляет 0,1%-ный раствор в жесткой (5,35 мг·экв. Са²⁺/дм³) воде при 50°С. После чего, используя метод двойного разбавления, получают растворы синтетических моющих средств разной концентрации, конечная концентрация - 0,005%-ный раствор.

Затем по методу Вильгельми определяют поверхностное натяжение σ для всех приготовленных растворов CMC при времени формирования равновесного адсорбционного слоя, т.е. до достижения постоянного значения σ, что составляет 5-20 минут.

Используя полученные данные по σ растворов синтетических моющих средств строят по зависимости σ=f (с) изотермы поверхностного натяжения для исследуемого объекта и объекта сравнения.

На фиг.3 приведена изотерма поверхностного натяжения для синтетического моющего средства исследуемого объекта “Sorti-AUTOMAT”. На изотерме наблюдается два перегиба. Точки перегиба изотерм по оси ординат характеризуют поверхностное натяжение, а по оси абсцисс - критическую концентрацию мицеллообразования. Пример определения ККМ и σ для объекта “Ариэль-AUTOMAT” приведен на фиг.1: при ККМ = 0,02 вес.% значение σ=25,90 мН/м, при ККМ=0,035 вес.% значение σ=25,50 мН/м, при ККМ=0.05 вес.% значение σ=25,40 мН/м. Пример определения ККМ и σ для объекта “Sorti-AUTOMAT” приведен на фиг.3: при ККМ = 0,013 вес.% значение σ=28,00 мН/м, при ККМ=0,025 вес.% значение σ=27,00 мН/м. Два перегиба - две критические концентрации мицеллообразования при различных концентрациях синтетических моющих средств, что характеризует худшие свойства по сравнению с объектом сравнения, т.к. быстрее заканчивается эффект моющего действия.

При введении в синтетические моющие средства дополнительных компонентов могут изменяться значения ККМ и σ, причем смещение ККМ и σ в сторону больших значений свидетельствует об ухудшении поверхностно-активных свойств синтетических моющих средств и, наоборот, смещение ККМ и σ в сторону меньших значений свидетельствует об улучшении поверхностно-активных свойств синтетических моющих средств.

На основании сравнения значений σ и ККМ объекта сравнения и исследуемых объектов судят об эффективности (см. таблицу).

Таким образом, как видно из примеров конкретного выполнения, данные ККМ и σ согласуются с данными по моющей способности, что подтверждает правильность заявленного способа.

Из примеров конкретного выполнения видно, что “BiMax-AUTOMAT” близок по эффективности к “Ариэль-AUTOMAT”, a “Sorti-AUTOMAT” хуже, чем “Ариэль-AUTOMAT” и “BiMax-AUTOMAT”.

К тому же заявленный способ позволяет проследить динамику моющего действия, на основании которой можно создавать синтетические моющие средства и судить об их эффективности.

Использование: для оценки эффективности моющих средств. Сущность: способ оценки эффективности синтетических моющих средств, путем определения моющей способности, в котором в начале по значениям моющей способности выбирают исследуемый объект и объект сравнения, в качестве последнего используют эффективный на данный момент, затем для выбранных объектов, используя метод двойного разбавления, получают растворы синтетических моющих средств и для всех растворов при времени завершения формирования равновесного адсорбционного слоя определяют поверхностное натяжение (σ), после чего строят изотермы поверхностного натяжения по зависимости σ=f(c), где с-концентрация синтетических моющих средств, затем определяют на оси ординат в точках перегиба изотерм минимальные значения поверхностного натяжения, а по оси абсцисс критические концентрации мицеллообразования, соответствующие минимальным значениям поверхностного натяжения, и по увеличению или уменьшению величины поверхностного натяжения и критической концентрации мицелообразования исследуемого объекта и объекта сравнения судят об эффективности. Технический результат - упрощение способа, повышение достоверности измерений. 3 ил., 1 табл.

Способ оценки эффективности синтетических моющих средств, содержащих поверхностно-активные вещества, комплексообразователь, электролиты и другие добавки, путем определения моющей способности, отличающийся тем, что в начале по значениям моющей способности выбирают исследуемый объект и объект сравнения, в качестве последнего используют эффективный на данный момент, затем для выбранных объектов, используя метод двойного разбавления, получают растворы синтетических моющих средств и для всех растворов при времени завершения формирования равновесного адсорбционного слоя определяют поверхностное натяжение (σ), после чего строят изотермы поверхностного натяжения по зависимости σ=f(c), где с - концентрация синтетических моющих средств, затем определяют на оси ординат в точках перегиба изотерм минимальные значения поверхностного натяжения, а по оси абсцисс критические концентрации мицеллообразования, соответствующие минимальным значениям поверхностного натяжения, и по увеличению или уменьшению величины поверхностного натяжения и критической концентрации мицеллообразования исследуемого объекта и объекта сравнения судят об эффективности.