TUL, Textilní chemie. Jakub Wiener

Transkript

1 Voda TUL, Textilní chemie Jakub Wiener

2 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU V textilním průmyslu se voda používá: - prací médium - základní rozpouštědlo pro téměř všechny chemikálie, barviva a textilní pomocné přípravky - pro výrobu páry -...

3 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU

4 Voda molekulární a nadmolekulární struktura

5 Voda molekulární a nadmolekulární struktura Chemická vazba okolo 400 kj/mol X Mezimolekulární interakce Vodíková vazba vodíkové vazby (můstky) max. 40kJ/mol + van der Waalsovy interakce max. 4 kj/mol (dipól dipól, dipólindukovaný dipól a disperzní)

6 Chemické vlastnosti vody Kovalentní vazby ve vodě jsou silně polární. elektonegativita: O 3,5 H 2,1 Polárně kovalentní a iontové sloučeniny jsou ve vodě více rozpustné než nepolární sloučeniny. Záporná místa v rozpouštějící se látce jsou přitahována kladnými místy v molekule vody a naopak.

7 Barvení textilií organická rozpouštědla Nejdůležitější konstanty organických rozpouštědel přicházejících v úvahu pro textilní zušlechťování jsou uvedeny v následující tabulce : Rozpouštědlo bod varu [ C] měrné teplo [J.g -1.grad -1 ] výparné teplo [J.g -1 ] dielektrická konstanta povrchové napětí [mn.m -1 ] rozpustnost vody v rozpouštědle dipól- moment [ C.m] voda 100 4, ,87 80, methanol 65 2, ,75 32,6 22,6 neomez. ethanol 78 2, ,54 24,3 22,7 neomez. perchlorethylen 121 0, ,36 32,3 0,01 trichlorethylen 87 0, ,67 3, ,025 dichlormethan 41 0, ,8 9,08 28,8 0 1,1,1- trichlorethan 74 1, ,24? 25,6 0

8 Rozdíly mezi kapalinami

9 Chemické vlastnosti vody Rozpustnost látek ve vodě Název Typ Rozpustnost ( g / 100g H 2 O ) vazby 20 0 C 50 0 C síran hlinitý iontová 36,4 52,2 chlorid sodný iontová ethan nepolární kovalentní 0,006 0,003 cukr (sacharosa) polární kovalentní

10 Voda kapalná a led Stlačení ledu = roztavení (jízda na bruslích apod.)

11 Voda kapalná a led

12 Hustota vody KDE JE TOPNÉ TĚLESO V RYCHLOVARNÉ KONVICI?? U DNA - UPROSTŘED Kapalina s větší teplotou má menší hustotu a stoupá vzhůru Vodu je nutné zahřívat zdola, protože zahřátá voda stoupá vzhůru a ke dnu klesá voda s nižší teplotou

13 Vypařování Vypařování je skupenská přeměna, při které se kapalina mění na plyn pouze z povrchu (ne z celého objemu jako při varu). Kapalina při vypařování odebírá teplo z okolí. Podle kinetické teorie se z kapaliny vypařují ty molekuly, jejichž energie je dostatečná k překonání kohezních sil, a jejichž pohyb směřuje k volnému povrchu kapaliny, takže projdou povrchovou vrstvou a opustí kapalinu. Kapalinu tedy opouštějí molekuly s největší energií. Pokud je těchto molekul větší množství, vede to ke snížení střední energie zbývajících molekul kapaliny. To se při adiabatickém vypařování projeví snížením teploty kapaliny. Při rovnováze mezi párou a kapalinou se pára nazývá nasycená. Množství tepla, které je při dané teplotě potřebné k přeměně jednoho kilogramu kapalné látky v plynnou fázi, se nazývá skupenské teplo výparné (vypařovací). Opačným jevem k vypařování je kondenzace.

14 Vypařování / sušení K vypařování dochází za jakékoli teploty kapaliny. Rychlost vypařování závisí na: teplotě čím vyšší teplota, tím rychlejší vypařování, velikosti povrchu čím větší povrch, tím rychlejší vypařování, na vlastnostech kapaliny (na přitažlivých silách mezi částicemi kapaliny), na pohybu vzduchu nad kapalinou, na koncentraci par ve vzduchu nad kapalinou

15 Měrné skupenské teplo varu Měrné skupenské teplo varu (též výparné nebo vypařování) je teplo, které přijme 1 kilogram kapaliny, jestliže se za teploty varu celý přemění na plyn téže teploty. Měrné skupenské teplo výparné je třeba určit ke každé teplotě zvlášť (vypařování může probíhat za libovolné teploty), zatímco měrné skupenské teplo varu se určuje k teplotě varu (jedná se tedy o měrné skupenské teplo výparné při teplotě varu). Výparné teplo je číselně rovné teplu kondenzačnímu pára nese velké množství energie

16 Měrné skupenské teplo varu Látka voda metanol etanol heptan trichloetan (1,1,2) tetrachlometan Měrné skupenské teplo varu J/kg J/kg J/kg J/kg J/kg J/kg Mezi molárním skupenským vypařovacím teplem a teplotou varu (v Kelvinech) za normálního atmosférického tlaku platí tzv. Troutonovo pravidlo Konstanty vody: výparné teplo vody 2300 kj/kg (1 litr = 1 kg) c teplená kapacita vody 4,18 kj/kg 1kWh = 3600 kj

17 Elektrolytická disociace Na základě vodivostních měření rozdělil 19. Století S. Arrhenius elektrolyty do dvou skupin: 1. Slabé elektrolyty, které disociují jen částečně (jejich stupeň disociace klesá s rostoucí koncentrací ve vodě - kyselina octová, hydroxid amonný ) 2. Silné elektrolyty, které jsou téměř úplně disociovány i při vyšších koncentracích (silné kyseliny, silné zásady a jejich soli). Disociace = reakce, kdy dochází k rozpadu iontové vazby vlivem polárního rozpouštědla

18 Arrheniova teorie elektrolytické disociace Slabé elektrolyty jsou v roztoku v rovnováze s nedisociovanými molekulami Podíl disociovaných molekul se vyjadřuje pomocí pomocí stupně disociace α Disociují jen zčásti, nastává rovnováha mezi disociovanou a nedisociovanou formou CH 3 COOH CH 3 COO - + H 3 O + Mírou disociace je stupeň disociace α α = (počet disociovaných molekul) / (počet všech rozpuštěných molekul) α = (0,1) Příklad: ve vodě mám 10 molekul, 1 se disociovala α = 0,1

19 Disociační rovnováha Disociační rovnováha BA A - + B + K = K - rovnovážná disociační konstanta [ ] - molární koncentrace [mol dm -3 ] [A - ] [B + ] [BA] Disociace vody -Čistá voda se chová jako velmi slabý elektrolyt. H 2 O H + + OH - K = ([H + ] [OH - ])/ [H 2 O] Koncentrace H 2 O se nemění a tedy ani její druhá mocnina - zahrneme do konstanty: pk V = ph + poh = 14 K V (24 C) = iontový součin vody = [H + ] [OH - ] = 10-14

20 ph ph (anglicky potential of hydrogen tj. potenciál vodíku ), též vodíkový exponent je číslo, kterým v chemii vyjadřujeme, zda vodný roztok reaguje kysele či naopak alkalicky (zásaditě). Jedná se o logaritmickou stupnici s rozsahem hodnot od 0 do 14; přitom neutrální voda má ph = 7. U kyselin je ph menší než sedm čím menší číslo, tím kyselejší; naopak zásady mají ph > 7, čím větší číslo, tím alkaličtější H2O OH - + H + H + = H3O + α = 0,

21 ph Ve vodném roztoku je vždy kromě molekul H2O také určité množství oxoniových kationtů H3O+ (přesněji [H(H2O)4]+) a hydroxylových aniontů OH-. Součin koncentrací obou těchto iontů je ve vodných roztocích vždy konstantní, je označován jako iontový součin vody a nabývá hodnoty V čisté vodě je látková koncentrace obou iontů stejná: To odpovídá ph = 7. Kyselost vzniká přebytkem H3O+. Látka ph Kyselina v bateriích <1,0 Žaludeční šťávy 2,0 Citronová šťáva 2,4 Ocet 2,9 Šťáva z pomeranče nebo jablka 3,5 Pivo 4,5 Káva 5,0 Čaj 5,5 Kyselý déšť < 5,6 Mléko 6,5 Čistá voda 7,0 Krev 7,34 7,45 Mořská voda 8,0 Roztok mýdla 9,0 10,0 Čpavek 11,5 Hašené vápno 12,5 Louh sodný konc. roztok 14

22 ph ph Hydrogen Ion (H + ) Hydroxyl Ion (OH - ) Acid Neutral Alkaline

23 Člověk Člověk (100 kg) = 60% voda (H2O) - uhlík, kyslík, vodík, dusík, fosfor, křemík, vápník, hořčík, sodík, draslík, síra kg vody... 1 mol=18 g molů vody Prvek % v sušině - Člověk C 56 O 15 N 9 H 7 Prvek Uhlík Kyslík Vodík Dusík Fosfor Sodík Draslík Obsah v živé buňce (%) 19,4 62,8 9,3 5,1 0,6 0,3 0,2 Jde to, ach jde! Jen každý hleď k vlastnímu dobře jádru: bude-li každý z nás z křemene, je celý národ z kvádrů! Jan Neruda, Písně kosmické Ca 5 P 3 S 1 K 1 Na 0,5

24 K M I Člověk Každý z nás má v sobě něco z Alberta Einsteina!! (někdo aspoň pár atomů ) ives/2011/09/the_timeless_wi.shtml - hmotnost vody na Zemi = kg ( = molů (1 mol = částic) -1 člověk ( 60 kg vody = 3500 molů vody ) = světových zásob vody molekul vody ( tolik má v sobě každý člověk z Einsteina)

25 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Jakost vody pro pitné a provozní účely Jakost vody závisí na: fyzikálních chemických biologických vlastnostech vody Voda v přírodě není nikdy chemicky čistá, obsahuje rozpuštěné, koloidní a někdy i suspendované látky

26 SLOŽENÍ VODY V PŘÍRODĚ Plyny : kyslík urychluje korozi, dýchání ryb oxid uhličitý snižuje hodnotu ph, způsobuje korozi betonu sirovodík nepříjemný zápach, koroze radon Anorganické sloučeniny (ionty): Ca 2+, Mg 2+ Na +, K + Fe 2+, Mn 2+ H 3 O + HCO 3-, OH -, CO 2-3 Cl -, SO 2-4 Organické sloučeniny : ovlivňují zbarvení, zápach a chuť vody, snižují jakost vody

27 Hodnocení jakosti vody Voda používaná pro pitné i provozní účely musí splňovat určitá kritéria. Jakost vody můžeme hodnotit následujícími typy rozborů: a) fyzikální rozbor (barva, chuť, pach, zákal, teplota) b) chemický rozbor (ph, železo, mangan, hliník, vápník, hořčík, chrom, olovo, dusičnany, dusitany, chloridy aj.) c) mikrobiologický rozbor Přímé stanovení patogenních mikroorganismů je obtížné. Stanovují se proto tzv. koliformní bakterie, jejichž přítomnost indikuje znečištění a voda obsahující tyto bakterie může být zdravotně závadná.

28 PITNÁ VODA Požadavky na jakost pitné vody Požadavky na jakost pitné vody Pitná voda. Norma uvádí: jsou u nás specifikovány v normě maximální přípustné hodnoty fyzikálních, chemických, mikrobiologických a radioaktivních ukazatelů jakosti vody, které nesmějí být překročeny, aby voda vyhovovala jako pitná. Např. nejvyšší mezní hodnota, tj. horní hranice, jejíž překročení vylučuje užití vody jako pitné je pro olovo 0,05 mg.l -1, pro dusitany 0,1 mg.l -1.

29 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Požadavky na jakost vody v textilním průmyslu : - nesmí být zabarvena - nesmí obsahovat kal, který by se usazoval na textilní materiál - měkká voda - minimální obsah nečistot (Fe, Mn, organické látky) Chloridy = rezavění!!!

30 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Norma jakosti vody pro zušlechťovací provozy : - průhlednost min. 50 cm - ph 6,5-8 - tvrdost celková Tc = německých (Voda má tvrdost 1º německý, pokud je v 1 litru vody přítomno takové množství vápníku, kolik ho je obsaženo v 10 mg oxidu vápenatého CaO) - Fe 0,1 mg.l-1 - Mn 0,05 mg.l-1 - Cu 0,03 mg.l-1 (pro enzymatické odšlichtovací lázně)

31 TVRDOST VODY (obsah iontů vápníku a hořčíku ve vodě) Tvrdost vody je způsobena rozpuštěnými solemi vápenatými a hořečnatými. Tvrdá voda sráží mýdlo a jejím vařením dochází k vylučování tuhého zbytku. Proto je tvrdá voda nevhodná pro praní, napájení parních kotlů a některé další průmyslové účely. 2R-COONa + Ca 2+ Ca(RCOO) 2 + 2Na + sodné mýdlo vápenaté mýdlo (sraženina) Z kationtů Ca 2+ a Mg 2+ a aniontů CO 3 2- a z SiO 2 vznikají za zvýšených teplot tuhé nánosy, tzv. kotelní kámen. CaCO 3 - v přírodě nejrozšířenější sloučenina vápníku CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca( HCO 3 ) 2

32 Stanovení tvrdosti vody Titrace Komplexonem III (disodná sůl ethylendiaminotetraoctové kyseliny). NaOOCCH 2 HOOCCH 2 N - CH 2 - CH 2 - N CH 2 COOH CH 2 COONa V tlumivém roztoku při ph=10 s vápenatými a hořečnatými ionty tvoří vínověčervený komplex. Přidáváním Komplexonu III dochází k vytěsnění iontů Ca 2+ a Mg 2+ z komplexu a k tvorbě nového pevnějšího komplexu. V bodě ekvivalence se ostře změní vínově červené zbarvení roztoku v čistě modré.

33 TVRDOST VODY Tvrdost vody se vyjadřuje: * v milimolech Ca 2+ na litr vody ( mmol. l -1 ) * ve stupních německých ( N), jeden N je takové množství vápenatých nebo hořečnatých solí, které je ekvivalentní 10 mg CaO v jednom litru vody. Dešťová = destilovaná Pitná voda mmol/l dh velmi tvrdá > 3,76 > 21,01 tvrdá 2,51 3,75 14,01 21 středně tvrdá 1,26 2,5 7,01 14 měkká 0,7 1,25 3,9 7 velmi měkká < 0,5 < 2,8

34 IONEXY Ionexy jsou látky, které mají schopnost vyměňovat ionty. Pro změkčování vody používáme katexy v sodíkovém cyklu. Ca 2+ a Mg 2+ ionty z tvrdé vody jsou nahrazeny Na + ionty. Tato výměna se uskutečňuje při průchodu tvrdé vody kolonou naplněnou syntetickou polymerní pryskyřicí. Průběh výměny můžeme znázornit těmito rovnicemi : Ca NaR CaR 2 + 2Na + Mg NaR MgR 2 + 2Na + CaCl 2,MgCl 2,Ca(HCO 3 ) 2 NaCl, NaHCO 3 ionex Výměnná kapacita ionexu je omezená. Regenerace se provádí koncentrovaným roztokem NaCl.

35 SEKVESTRAČNÍ PROSTŘEDKY Úprava vody sekvestračními prostředky Při použití sekvestračních prostředků se Ca 2+ a Mg 2+ ionty z vody neodstraňují, váží se do komplexní sloučeniny a nedochází ke vzniku sraženiny. Po chemické stránce jde nejčastěji o tyto látky : kondenzované fosfáty (např. polyfosfát sodný) Používají se jako přísada do pracích prostředků. Zvyšují prací účinnost a unášení špíny roztoků tenzidů. Mají sekvestrační účinek vůči Ca 2+, Mg 2+ a iontům těžkých kovů.

36 Sekvestrační prostředky Váží kationty Ca 2+ a Mg 2+ do nedisociované a rozpustné sloučeniny komplexu. Zmenšují srážení CaCO 3. Na Trifosforečnan sodný Na 5 P 3 O 10 Polyfosfáty jsou nahrazovány jinými prostředky, především z ekologických důvodů. Způsobují eutrofizaci vod.

37 Sekvestrace Schopnost některých látek tvořit s kationty kovů vodorozpustné koordinční sloučeniny (komplexy), které zamezují nepříznivému působení kationtů. polyfosfát ve vodě rozpustný komplex s vápníkem

38 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Technologie úpravy pitné a provozní vody Protože surová voda, vyskytující se v přírodě, zpravidla nevyhovuje podmínkám pro průmyslové využití a pro pitné účely, musí se dále upravovat. Rozsah potřebné úpravy vody se řídí podle chemického složení surové vody a požadavků na jakost upravené vody.

39 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Metody úpravy vody v zásadě odpovídají schématu : surová voda hrubé předčištění srážecí reakce separace (sedimentace a filtrace) desinfekce

40 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Srážecí reakce Látky přítomné ve vodě v koloidní nebo iontové formě je možno převést do separovatelné formy chemickým zásahem - srážecí reakcí. Např. - odstraňování železa a manganu oxidací kyslíkem z vody Fe 2+ Fe(OH) 3 (s) Obecně: změna ph, přídavek iontů tvořících nerozpustné sraženiny atd.

41 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Separace Při separaci veškerých suspendovaných látek z vody se používá sedimentace a filtrace. Schéma usazovací nádrže Sedimentací se odstraní z vody nejvýše 80 % usaditelných látek. Zbývající rozptýlené částice se zachycují filtrací přes zrnité hmoty ( písek ).

42 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Desinfekce Cílem desinfekce je zneškodnění choroboplodných zárodků (bakterií a virů). Hygienické zabezpečení je možné: pomocí UV záření tepelně (min C po dobu 20 min) přídavkem iontů těžkých kovů (např. stříbra) ultrafiltrací chemicky (chlorací, ozonizací)

43 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Desinfekce chlorací Při úpravě vody se většinou používá chlor ve formě kapalného chloru a ve formě chlornanu sodného. Chlor ve vodě hydrolyzuje na kyselinu chlornou a chlorovodíkovou podle rovnice Cl 2 + H 2 O H + + Cl - + HClO Množství chloru potřebné k desinfekci: 0,2-1,0 mg.l -1. Obsah volného aktivního chloru v pitné vodě u spotřebitele nesmí klesnou pod 0,05 mg.l -1.

44 VODA V TEXTILNÍM PRŮMYSLU Jak nečistoty ve vodě ovlivňují textilní mokré procesy Odšlichtování Při enzymatickém odšlichtování škrobu je aktivita enzymu silně ovlivňována kovovými ionty. Ca 2+ a Na + kationty zvyšují aktivitu Cu 2+ a Zn 2+ kationty enzym inaktivují a snižují jeho účinnost Bělení peroxidem vodíku H 2 O 2 Je značně ovlivňováno i stopovým množstvím kovových iontů ve vodě. Fe, Cu, Mn, Zn, Ni, Co, Cr katalyzují rozklad H 2 O 2 (vznikají reaktivní radikály). Produkty rozkladu dochází i k poškození bavlněných vláken. Barvicí procesy Špatná kvalita vody ovlivňuje barvicí procesy. Jedná se o nestejný odstín, skvrny, špatné stálosti vybarvení. Nestejný odstín může být způsoben např. : vyšším obsahem železa a mědi - změna odstínu vybarvení chlorem ve vodě

45 ODPADNÍ VODY Odpadní vody = vody po použití, změní-li svoje vlastnosti. Odpadní vody - městské - splaškové odpadní vody (z domácností apod.) - vody srážkové (odváděné kanalizací do ČOV) - průmyslové - technologické odpadní vody (z technolog. procesů a vody chladící) - splaškové a srážkové z areálu závodu Před vypouštěním do vod povrchových (řeky) musí být odpadní vody čištěny.

46 ODPADNÍ VODY Při projektování čistíren nutno znát: - množství odpadní vody - kvalitu odpadní vody Sledují se hlavně tyto koncentrace : CHSK Cr (chemická spotřeba kyslíku stanovená K 2 Cr 2 O 7 ) BSK 5 (biochemická spotřeba kyslíku za 5 dní) NL (nerozpuštěné látky) N NH + 4 (amoniakální dusík) P celk. (fosfor celkový )

47 ORGANICKÉ LÁTKY V ODPADNÍCH VODÁCH Vzhledem k různorodosti organických látek ve vodě stanovuje se nejčastěji jejich sumární koncentrace. Stanovení - z množství kyslíku potřebného k oxidaci organických látek. Teoretická spotřeba kyslíku TSK [g/g] množství kyslíku potřebné k úplné oxidaci organické látky. TSK závisí jedině na složení látky Např. oxidace glukózy C 6 H 12 O 6

48 Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) K oxidaci organických látek se používá : manganistan draselný KMnO 4 dichroman draselný K 2 Cr 2 O 7 Stanovení se provádí v kyselém prostředí a za přesně stanovených podmínek daných normou. Probíhají tyto reakce : MnO H + + 5e- Mn H 2 O Cr 2 O H + + 6e- 2Cr H 2 O Chemická spotřeba kyslíku se stanoví ze spotřeby oxidující látky a vyjadřuje se (přepočte se) na oxidaci kyslíkem.

49 Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) Výsledek stanovení CHSK oběma uvedenými činidly je odlišný, a proto je nutné uvádět, jaká metoda byla použita. CHSK Mn, CHSK Cr Hodnoty CHSK Cr jsou vyšší než CHSK Mn, protože K 2 Cr 2 O 7 je v podmínkách stanovení silnějším oxidovadlem než KMnO 4. CHSK Mn pro analýzu povrchových vod CHSK Cr pro odpadní vody

50 Biochemická spotřeba kyslíku (BSK) Ke stanovení organických látek se využívá aerobních bakterií přítomných ve vodě. Spotřeba kyslíku ve vzorku vody za standardních podmínek je mírou obsahu organických, biologicky rozložitelných látek. BSK C celková biochemická spotřeba kyslíku, odpovídající úplnému rozložení organické hmoty. Doba k úplnému rozložení organických látek závisí na chemickém složení a teplotě.

51 Průběh biochemické spotřeby kyslíku. Úplného rozkladu organické hmoty se dosáhne za více než 10 dní. To je pro praktický účel hodnocení příliš dlouhá doba. Stanovení se provádí za 5 dní takto zjištěný výsledek se označuje jako BSK 5.

52 ORGANICKÉ LÁTKY V ODPADNÍCH VODÁCH Stanovení BSK 5 je uzanční metodou; spočívá ve vyhodnocení úbytku rozpuštěného kyslíku ve vzorku za 5 dnů při teplotě 20 C. Inkubace se provádí v uzavřených lahvích zcela naplněných zkoušenou vodu, aby se zabránilo přístupu vzduchu. Bakterie mají k dispozici jen O 2 obsažený ve vodě. BSK 5 se používá při hodnocení kvality povrchových i odpadních vod.

53 ORGANICKÉ LÁTKY V ODPADNÍCH VODÁCH Porovnání výsledků stanovení organického znečištění ve vodách : TSK CHSK Cr > CHSK Mn > BSK 5 Hodnota BSK 5 je nižší než CHSK, protože : Hodnota BSK 5 je nižší než CHSK, protože : při stanovení BSK 5 není rozložena veškerá biologicky rozložitelná organická hodnota některé organické sloučeniny jsou vůči biochemickému rozkladu rezistentní, ale jsou oxidovány v podmínkách stanovení CHSK.

54 ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD 1. Mechanické čištění Odstranění hrubých nerozpuštěných látek Síta, lapače písku, lapače tuku, usazovací nádrže. 2. Chemické čištění Neutralizace, srážení, oxidace. 3. Biologické čištění - aktivace - biofilmové reaktory 4. Fyzikální způsoby čištění Ultrafiltrace, nanofiltrace.

55 DETERGENT Detergent přípravek, jehož složení je pro praktické účely uzpůsobeno tak, aby se dosáhlo co největšího aplikačního účinku. Detergent směs tenzidů a dalších látek. Detergent obsahuje: aktivní složku ( tenzid ) doplňující složky ( přísady )

56 PRACÍ PROSTŘEDKY - SLOŽENÍ 1. Tenzidy - 50 % 2. Přísady aktivační Polyfosfáty Peroxoboritany Uhličitany Antiredepoziční látky Enzymy Regulátory pěnivosti 3. Přísady pomocné OZP Antimikrobiální látky Parfémové kompozice

57 TENZIDY Tenzidy organické látky, které jsou schopny se hromadit na fázovém rozhraní a tak snižovat povrchovou energii soustavy. Fázové rozhraní mezi kapalinou a plynem snižuje se povrchové napětí. Fázové rozhraní mezi kapalinou a pevnou látkou snižuje se smáčecí napětí.

58 TENZIDY Struktura molekul tenzidu. Molekula tenzidu obsahuje vždy dvě části: hydrofobní, tj. nepolární část, kterou tvoří obyčejně dlouhý uhlíkatý řetězec hydrofilní, tj. polární, ionogenní skupina, např. - COO -, - SO 3-, - OSO 3 - nebo neionogenní skupina, např. - ( CH 2 CH 2 O ) n polyglykoletherová skupina

59 TENZIDY Mýdlo C 17 H 35 COONa stearan sodný /\/\/\/\/\/\/\/\/ COO Na+ hydrofobní řetězec hydrofilní skupina O Na O

60 TENZIDY H2O H2O O Na H2O O H2O H2O COO Na Nízká rozpustnost, snaha o adsorpci a agregaci Makroskopický 2D model: olej v polévce

61 TENZIDY Velmi omezená rozpustnost Vyšší koncentrace vede k adsorpci Na dalších molekulách PAL Na fázovém rozhranní Vznik micel Snížení mezifázového napětí

62 TENZIDY Prací účinnost Povrchové napětí KMC = kritická micelární koncentrace KMC Koncentrace tenzidu Velmi omezená rozpustnost Vyšší koncentrace vede k adsorpci Na dalších molekulách PAL Na fázovém rozhranní

63 TENZIDY orientovaná adsorpce Molekuly tenzidu se adsorbují na fázovém rozhraní a vytvářejí monomolekulární orientovanou vrstvu povrchového filmu orientovaná adsorpce na povrchu vody

64 TENZIDY Dávkování práškového detergentu: Málo nevypraná textilie Moc při máchání se neodstraní všechen Ale také: moc prášku = více pěny = proniknutí vody/pěny do elektroniky pračky = zničení pračky

65 TENZIDY Složení a vlastnosti pracích prostředků mýdla sodné soli vyšších mastných kyselin - velká prací mohutnost - ve vodném prostředí disociují a hydrolyzují - úplně biologicky rozložitelná - v tvrdé vodě obsahující Ca 2+ a Mg 2+ se sráží vodu nutno změkčovat: : vysrážením sodou Na 2 CO 3 nebo fosforečnanem Na 3 PO 4 : eliminací pomocí sekvestračních prostředků ostatní tenzidy v tvrdé vodě rozpustné

66 VLASTNOSTI TENZIDŮ Solubilizace rozpouštění látek nepatrně rozpustnýchve vodě ve vodných roztocích tenzidů Smáčecí schopnost schopnost kapaliny rozprostírat se na povrchu pevného tělesa Pěnící schopnost vytváření pěny Detergenční schopnost nečistota se odstraňuje z pevného substrátu a převádí do roztoku nebo disperze Emulgační schopnost vytváření emulze disperzní soustavy dvou nemísitelných kapalin

67 SOLUBILIZACE Solubilizace rozpouštění látek nepatrně rozpustných ve vodě ve vodných roztocích tenzidů Solubilizace schopnost vtáhnout nerozpustné nebo málo rozpustné látky ve vodě mezi hydrofobní řetězce a převést je tak do roztoku. Faktory ovlivňující solubilizaci: koncentrace tenzidu - solubilizace nastává až po dosažení hodnoty CMC teplota se zvyšující se teplotou roste solubilizace složení solubilizované látky

68 SMÁČENÍ Smáčení Kapka kapaliny na povrchu tuhé nebo kapalné fáze zůstane ve formě kapky (obr. 1), tj. nerozestře se, je-li splněna podmínka rovnováhy: vektorový součet všech tří mezifázových napětí je roven nule Při tzv. dobrém smáčení je úhel smáčení ostrý, špatné smáčení je charakterizováno tupým úhlem smáčení. Obr.1 Kapka kapaliny na povrchu tuhé látky

69 DETERGENCE Detergence Odstraňování nečistot z pevných povrchů působením povrchově aktivních látek. Jejich molekuly se adsorbují na povrchu pevné látky a na vrstvě nečistot, čímž se mění velikost úhlu smáčení. Nečistoty se postupně sbalují a uvolňují z povrchu. Při přechodu do roztoku dochází ke stabilizaci uvolněných částic nečistot jejich solubilizací do micel, které mají hydrofilní povrch a nemohou se připoutat zpět kčistému povrchu pevné látky.

70 DETERGENCE Detergence Průběh odlučování nečistoty z textilního vlákna působením detergentu.

71 Detergenční schopnost tenzidů Primární fáze uvolňování nečistoty Sekundární fáze zabránění zpětnému usazování (redepozici)

72 TENZIDY orientovaná adsorpce odloučení špíny detergence

73 PĚNÍCÍ SCHOPNOST TENZIDŮ Pěna: disperze plynu v kapalině čisté kapaliny nevytváří stabilní pěnu je třeba tenzid

74 EMULGAČNÍ SCHOPNOST TENZIDŮ Emulse olej ve vodě O/V nebo voda v oleji V/O Příprava emulze perfluorovaného uhlovodíku pro oleofobní úpravu

75 KLASIFIKACE TENZIDŮ Klasifikace tenzidů na základě ionogenity polární skupiny, tzn. podle jejich disociace ve vodě 1. Anionaktivní ( anionické ) tenzidy 2. Kationaktivní ( kationické ) tenzidy 3. Amfolytické ( amfoterní ) tenzidy 4. Neionogenní ( neonické ) tenzidy

76 KLASIFIKACE TENZIDŮ 1. Anionaktivní ( anionické ) tenzidy Nositelem povrchové aktivity je anionaktivní část molekuly tenzidu, která má záporný náboj. R COONa sole karboxylových kyselin Např. C 17 H 35 COONa C 17 H 35 COO - + Na + R O SO 3 Na sulfáty R SO 3 Na sulfonany

77 VÝROBA TENZIDŮ Výroba anionaktivních ( anionických ) tenzidů Výroba mýdla CH 2 OCOR CH 2 OH CH OCOR + 3NaOH CH OH + 3 RCOONa CH 2 OCOR CH 2 OH triacylglycerol (tuk) glycerol mýdlo Mýdla jsou nestálá v kyselém prostředí a v tvrdé vodě.

78 VÝROBA TENZIDŮ Výroba anionaktivních ( anionických ) tenzidů Výroba sulfátů sulfatace pomocí H 2 SO 4, SO 3 R OH + SO 3 R O SO 3 H neutralizace R O SO 3 H + NaOH R O SO 3 Na Alkylsulfáty jsou nestálé v kyselém prostředí, dochází k hydrolýze.

79 VÝROBA TENZIDŮ Výroba anionaktivních ( anionických ) tenzidů Výroba sulfonanů R R R SO 3 NaOH alkylbenzen R = SO 3 H SO 3 Na alkylbenzen sulfonan sodný Průmyslově důležitá třída anionaktivních tenzidů.

80 KLASIFIKACE TENZIDŮ 2. Kationaktivní ( kationické ) tenzidy Nositelem povrchové aktivity je organický kationt. R 1 + R 4 Cl - N R 2 R 3 kvarterní amoniová sůl Použití: mikrobiální, změkčovací a antistatické prostředky. Kationaktivní tenzidy nemají detergenční schopnosti.

81 KLASIFIKACE TENZIDŮ 3. Amfolytické ( amfoterní ) tenzidy Mají v molekule zásaditou (amino) a kyselou (karboxy) skupinu. B + - R - K - V kyselém prostředí B + - R - K - + H + B + - R - K V zásaditém prostředí B + - R - K - + OH - B R K - kationaktivní anionaktivní

82 KLASIFIKACE TENZIDŮ 4. Neionogenní ( neonické ) tenzidy ve vodě nedisociují Nejrozšířenější deriváty polyglykoletheru Např. R OH + n CH 2 O CH 2 R O (CH 2 CH 2 O) n H alkohol oxiran alkylpolyglykolether Alkylpolyglykolethery mají velmi dobré dispergační a emulgační účinky.

83 KLASIFIKACE TENZIDŮ 4. Neionogenní ( neonické ) tenzidy (pokračování) (APEO) APEO-z ekologických důvodů se nevyrábí

84 APLIKACE TENZIDŮ V TEXTILNÍCH PROCESECH Anionické a neonické tenzidy nejvíce používané v textilních mokrých procesech. Neonické tenzidy mají některé výhody: stabilita v ph, stabilita v tvrdé vodě, kompatibilita s anionickými a kationickými prostředky. Kationické tenzidy relativně malé uplatnění pro omezenou kompatibilitu a cenu. Amfoterní tenzidy - malé použití.

85 Děkuji za pozornost!