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.