6.3. Поверхностно-активные вещества и их стабилизирующее действие

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) – вещества с ассиметричной молекулярной структурой, молекулы которых содержат одну или несколько гидрофильных групп и один или несколько гидрофобных радикалов. Такая структура, называемая дифильной, обуславливает поверхностную (адсорбционную) активность ПАВ, т.е. их способность концентрироваться на межфазных поверхностях раздела (адсорбироваться), изменяя их свойства [].

По характеру диссоциации все ПАВ делятся на:

• анионные,

• катионные,

• неионогенные,

• амфолитные,

• высокомолекулярные.

Анионные ПАВ диссоциируют в воде, образуя отрицательно заряженные поверхностно-активные ионы. При адсорбции таких ПАВ из раствора на поверхности адсорбируются анионы, в результате чего поверхность приобретает отрицательный заряд. Важнейшими представителями этой группы ПАВ являются обычные мыла и соли сульфокислот.

Катионные ПАВ, диссоциируя в воде, образуют положительно заряженные поверхностно-активные ионы. Из растворов таких ПАВ поверхностью адсорбируются катионы, вследствие чего она становится положительно заряженной.

Неионогенные ПАВ – это вещества, молекулы которых не способны к диссоциации. Дифильные молекулы таких ПАВ обычно состоят из длинной углеводородной цепочки с несколькими полярными, но неионогенными группами на конце, обуславливающие растворимость этих веществ. Такими группами обычно являются гидроксильные или эфирные группы.

Амфолитные ПАВ образуют в водном растворе в зависимости от условий или анионоактивные, или катионоактивные вещества.

Высокомолекулярные (полимерные) ПАВ состоят из большого числа повторяющихся звеньев, каждое из которых имеет полярные и неполярные группы. Полимерные ПАВ имеют несколько особенностей, отличающих их от низкомолекулярных ПАВ []. Первое и наиболее характерное отличие высокомолекулярных ПАВ – их необратимая адсорбция на межфазной поверхности. Другое отличие высокомолекулярных ПАВ состоит в том, что равновесие на поверхности устанавливается, как правило, на порядки более медленно, чем при использовании низкомолекулярных. Иными словами, для формирования высокомолекулярных ПАВ на поверхности требуется длительный промежуток времени.

Стабилизующее действие ПАВ определяется их способностью адсорбироваться на межфазной поверхности. Вследствие высокой поверхностной активности концентрация ПАВ в поверхностном слое в десятки тысяч раз превышает объемную концентрацию. В адсорбционных пленках, так же как и в мицеллах ПАВ (агрегатов, содержащих десятки молекул ПАВ и образующихся при определенной критической концентрации мицеллобразования), происходит ассоциация неполярных групп. Строение адсорбционного слоя зависит от природы ПАВ и межфазной поверхности, введения в среду различных добавок. Изменение строения адсорбционного слоя отражается на его защитных свойствах [].

Адсорбционные слои ПАВ лиофилизируют, а в водных растворах гидрофилизируют поверхность, вследствие чего при сближении частиц развиваются силы отталкивания. Для ионогенных ПАВ – это электростатическое отталкивание двойных электронных слоев. Для неионогенных ПАВ электростатическое отталкивание, как правило, не играет роли. Энергия отталкивания тем больше, чем выше концентрация адсорбтива в межфазном слое. Кроме того, следует иметь в виду, что адсорбционные слои представляют собой стерический барьер, препятствующий сближению частиц на достаточно малые расстояния, при которых существенную роль начинают играть силы межмолекулярного притяжения. Конечно, эффективная стерическая стабилизация осуществляется лишь тогда, когда адсорбционные слои насыщены, а образующие их молекулы не способны десорбироваться при соударениях частиц.