ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Шампуни на основе сульфатов остаются популярными благодаря их эффективности, доступной стоимости и высокой пенящей способности, что делает их ключевым сегментом рынка косметических средств. Вместе с тем растет спрос на продукцию, отвечающую современным требованиям безопасности, экологичности и индивидуального подхода к уходу за волосами. Но сульфаты нередко критикуются за их потенциальное раздражающее действие и отрицательное воздействие на окружающую среду, что стимулирует исследования по созданию более мягких и устойчивых рецептур.

Внимание уделяется оптимизации технологических процессов, снижению производственных затрат и увеличению биоразлагаемости используемых компонентов. Эти аспекты подчеркивают актуальность изучения и совершенствования средств ухода на основе сульфатов.

Актуальность магистерской диссертации на тему разработки рецептуры и технологии производства пеномоющего средства (шампуня) на основе сульфатов может быть обусловлена рядом факторов:

Цель магистерской диссертации: разработка рецептуры и технологии производства пеномоющего средства (шампуня) на основе сульфатов с улучшенными потребительскими и экологическими характеристиками.

Задачи данной работы:

Научная новизна состоит в разработке и обосновании новой рецептуры шампуня на основе сульфатных поверхностно-активных веществ, сочетающей высокую очищающую способность с улучшенными показателями безопасности для кожи и экологической совместимости.

Практическая значимость такова, что полученные результаты (рецептура и технология) могут быть использованы предприятиями косметической отрасли для создания доступного и качественного продукта, адаптированного к запросам потребителей и нормативным стандартам.

1.Теоретические основы технологии производства СМС на основе сульфатов

1.1 Понятие синтетических моющих веществ на основе сульфатов. Сульфатирование

В зависимости от поведения в растворе все ПАВ делятся ионогенные (электролиты) и неионогенные (неэлектролиты):

pic1

Так называемые сульфатные моющие средства относятся к анионным ПАВ (АПАВ). Это дифильные органические соединения, которые, диссоциируя в воде, образуют анион с длинным углеводородным радикалом – носителем поверхностной активности; катион при этом не является поверхностно-активным [1].

pic1.1

Рисунок 1.1 – Схема АПАВ

К числу основных АПАВ относятся [2-4]:

Анионные ПАВ используют как смачиватели, детергенты, пенообразователи. Они являются главными мицеллообразующими ПАВ с наибольшим объёмом производства и ассортиментом. Наибольшее распространение среди анионных ПАВ получили соединения, включающие от 10 до 20 атомов углерода в алифатической цепи.

По масштабу производства среди анионоактивных синтетических моющих веществ на первом месте находятся алкиларилсульфонаты, за ними следуют алкилсульфаты, включая первичные и вторичные , которые являются солями сульфоэфиров [5]. К ПАВ третьего поколения, которые полностью биохимически разлагаются до неорганических соединений (вода, диоксид углерода и сульфат натрия), относятся алкилсульфаты первичных и вторичных спиртов, также являющиеся солями сульфоэфиров.

По моющим свойствам первичные алкилсульфаты считаются одними из лучших поверхностно-активных веществ, в то время как вторичные алкилсульфаты уступают им по качеству. Моющие средства на основе алкилсульфатов выпускаются в виде жидких составов с содержанием активного вещества 20-40% или в виде порошков. Эти средства применяются для стирки одежды и тканей, мойки шерсти и различных изделий.

Сульфаты, такие как лаурилсульфат натрия (Sodium Lauryl Sulfate, SLS) и лауретсульфат натрия (Sodium Laureth Sulfate, SLES), выступают в качестве основных поверхностно-активных веществ (ПАВ), обеспечивающих удаление загрязнений и жиров. Эти соединения обладают отличными пенообразующими и моющими свойствами, что делает их незаменимыми компонентами в составе различных моющих средств, включая шампуни, гели для душа, средства для стирки и чистки.

Первичные и вторичные алкилсульфаты получают реакцией сульфатирования [1]. Сульфатированием называют реакции образования сложных эфиров серной кислоты — алкилсульфатов. В качестве сульфатирующих агентов применяют:

1.2.Технология получения ПАВ по реакции сульфатирования

Первичные алкилсульфаты получают сульфатированием первичных алканолов и последующей нейтрализацией образовавшегося сульфоэфира растворами гидроксидов металлов (натрия, магния), аммиака или аминов, а вторичные алкилсульфаты получают взаимодействием серной кислоты с α- олефинами или сульфатированием вторичных высших спиртов [5].

Наиболее перспективной считается технология сульфатирования газообразным серным ангидридом, которая позволяет получать продукты с небольшим содержанием примесей и приемлемой цветностью.

Брутто-процессы с участием различных сульфатирующих агентов можно представить в виде следующих реакций [2,3]:

pic2

Сульфатирование алканолов осуществляется периодическими и непрерывными методами, выбор которых зависит от требуемой степени сульфатирования спирта и состава конечного продукта[2]. Для получения жидких СМС в качестве сульфатирующих агентов используют хлорсульфоновую кислоту или газообразный триоксид серы, так как это позволяет поддерживать низкое содержание минеральных солей (хлорида и сульфата натрия) в конечном продукте после нейтрализации. Если алкилсульфаты предназначены для производства порошковых моющих средств, где допустимо высокое содержание минеральных солей, применяются олеум или серная кислота. Сульфатирование газообразным триоксидом серы проводится непрерывным методом, в то время как другие сульфатирующие агенты могут использоваться как в периодическом, так и в непрерывном процессе.

При сульфатировании спиртов полученная масса в основном состоит из алкилсерной кислоты, а также содержит непревращенную серную кислоту и спирт. При сульфатировании олефинов в смеси присутствуют непревращенный олефин и небольшие количества диалкилсерной кислоты, простого эфира и полимеров (рис. 1.2). Массу нейтрализуют концентрированной щелочью в блоке 2, не допуская повышения температуры выше 60°С, при этом алкилсерная кислота превращается в соль:

pic3

Далее диалкилсульфат дает ту же соль и молекулу спирта, и серная кислота превращается в сульфат натрия:

pic4

Недостатки рассмотренного метода производства, такие как неполное использование реагентов, образование отходов или балласта в виде серной кислоты, а также технологические сложности полной переработки реакционной массы при получении высококачественного моющего средства, привели к тому, что сульфатирование спиртов серной кислотой заменяется другими методами синтеза алкилсульфатов [5,6].

pic1.2

Рисунок 1.2 – Схема основных процессов при производстве ПАВ типа алкилсульфатов: 1 — сульфатирование; 2 — нейтрализация; 3 — отделение Na2SО4; 4 — экстракция; 5 — регенерация бензина и выделение не превращённого органического реагента; 6 — регенерация спирта-растворителя; 7 — смешение с другими компонентами моющего средства; 8 — сушка; 9 — измельчение и расфасовка.

1.3.Технология производства моющих средств на основе алкилсульфатов

Технологическая схема производства моющего средства на основе алкилсульфата представлена на рисунке 1.3. [6].

pic1.3

Рисунок 1.3 – Технологическая схема производства моющего средства на основе алкилсульфата: 1 – реактор; 2 – сепаратор; 3 – абсорбер; 4, 6 – нейтрализаторы; 5 – холодильник; 7 – смеситель; 8 – распылительная сушилка; 9 – циклон; 10 – шнек; 11 – насос

2. Проведение практических экспериментов на изучение некоторых свойств моющих средств на основе сульфатов

Немаловажным критерием оценки качества СМС являются методы анализа [7-9]. В рамках эксперимента планируется исследовать такие характеристики моющих средств как:

  1. определение рН;
  2. оценка эффективности моющих свойств в жесткой и дистиллированной воде;
  3. определение среднего времени жизни элементарной пленки – устойчивость пены, оценка кратности пены, ее кинетики разрушения;
  4. влияние растворов моющих средств на биологические объекты, а именно бактерии.

Полученные результаты будут использованы для выработки рекомендаций по улучшению состава и технологии производства моющих средств.

3.Планы на дальнейшую работу по магистерской диссертации

Для реализации магистерской диссертации на тему «Разработка рецептуры и технологии производства пеномоющего средства на основе сульфатов» основополагающими этапами являются: проведение экспериментальной части и всесторонняя оценка свойств разработанного продукта.

Экспериментальная часть исследования начинается с выбора компонентов рецептуры. В качестве основы применяются сульфатные соединения, такие как лаурилсульфат натрия, обладающие выраженными моющими и пенящими свойствами. Для повышения эффективности и безопасности средства в состав вводятся со-сурфактанты, например, кокамидопропилбетаин и алкилполигликозиды, которые усиливают пенообразование и уменьшают раздражающее воздействие на кожу. Также в состав рецептуры включаются стабилизаторы пены, такие как натуральные и синтетические полимеры, увлажняющие добавки (глицерин, пантенол), консерванты и отдушки, обеспечивающие стабильность, уход и улучшение органолептических свойств продукта.

На следующем этапе разрабатывается базовая рецептура. Для оценки влияния состава на характеристики продукта разрабатывается несколько экспериментальных образцов с различным содержанием активных веществ. Определяется оптимальная последовательность введения компонентов, температурный режим и продолжительность смешивания. Стабильность рецептур проверяется при различных условиях хранения, включая температурные колебания и циклы замораживания-оттаивания.

Оценка свойств продукта осуществляется с помощью комплекса методов, включающего физико-химические исследования и тестирование потребительских характеристик [10]. Исследуемые характеристики указаны в таблице 1.

Измеряются показатели pH, вязкость и плотность продукта, что позволяет оценить его стабильность и соответствие заданным стандартам. Для изучения пенообразующих и моющих свойств применяются стандартизированные методы, предусматривающие измерение объема и устойчивости пены, а также эффективности удаления загрязнений с различных типов поверхностей. Совместимость с кожей исследуется с помощью метода ex vivo, что позволяет минимизировать риск раздражений. При необходимости рецептура корректируется за счет введения смягчающих и защитных компонентов.

Таблица 1

tabl1

На завершающем этапе проводится сравнительный анализ разработанных рецептур. Результаты систематизируются в виде таблиц, графиков и диаграмм, что позволяет объективно оценить свойства продукта и выбрать оптимальную рецептуру. Итоговая формулировка основывается на сбалансированности таких характеристик, как пенообразование, моющая способность, безопасность и экологичность, что обеспечивает конкурентоспособность разработанного средства и возможность его дальнейшего внедрения в промышленное производство.

Выводы

Среди алкилсульфатов максимальной моющей способностью обладают только те, которые получают из первичных спиртов с неразветвленной цепью углеродных атомов. Моющая способность алкилсульфатов снижается с перемещением сульфатной группы вглубь молекулы и с разветвлением углеродной цепи. Поэтому наиболее подходящим сырьем для производства алкилсульфатов являются первичные спирты и α-олефины C12-С8 с прямой углеродной цепью.

Были рассмотрены основные аспекты синтетических моющих средств (СМС), основанных на поверхностно-активных веществах (ПАВ), с особым вниманием к сульфатам.

Результаты по экспериментам с моющими средствами:

  1. Определение рН растворов. Было установлено, что шампуни брендов «Elseve. Три глины», «Чистая линия" и "Head & Shoulders" имеют нейтральный рН (6,0 - 8,0), что подтверждает их безопасность для кожи голов.
  2. Эффективность шампуней трех образцов шампуней в жесткой и дистиллированной воде. Эксперимент показал, что жесткая вода значительно снижает эффективность шампуней.
  3. Устойчивость пены и её кинетика разрушения. Было выявлено, что время жизни элементарной пленки увеличивается с уменьшением концентрации СМС. Пена низкой кратности (β< 10) демонстрирует устойчивость в течение пяти минут, что особенно выражено при низких концентрациях ПАВ.
  4. Влияние шампуня на рост бактерий. Эксперимент с хлебом, плесневым грибом Mucor показали, что шампунь «Чистая линия» способен задерживать его рост, что указывает на антимикробные свойства данного средства.
pic1.4

Рисунок 1.4 – Зависимость концентрации ПАВ от времени жизни элементарной пленки

Таблица 2 – Определение кратности пены

tabl2
pic1.5

Рисунок 1.5 – График зависимости кинетической стабильности от концентрации ПАВ

pic1.6

Рисунок 1. – ГГрафик зависимости кратности пены от концентрации ПАВ

Таким образом, результаты практики позволили сделать несколько ключевых выводов:

В рамках будущей работы будет разработана рецептура пеномоющего средства на основе сульфатов с акцентом на безопасность, эффективность и экологичность. Основное внимание уделяется выбору экологичных компонентов, обеспечивающие оптимальные свойства продукта. Планируется проведение физико-химических исследований и тестирования потребительских характеристик для оценки стабильности, пенообразования, моющей способности и совместимости с кожей. Полученные данные будут использованы для сравнения экспериментальных рецептур и выбора оптимального варианта.

Список источников

  1. Ланге, К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / К.Р. Ланге; под науч. ред. Л.П. Зайченко. – СПб.: Профессия, 2007. – 240 стр., ил.
  2. Николаев, П. В. Основы химии и технологии производства синтетических моющих средств: учеб. пособие / П. В. Николаев, Н. А. Козлов, С. Н. Петрова; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. – Иваново, 2007. – 116 с.
  3. Солдатенков, А.Т. Моющие, чистящие и дезинфицирующие вещества. Прикладная органическая химия/ А.Т. Солдатенков, Т. А. Ле, Х. Х. Чыонг, А.И. Комарова, Т. К. Мандал, Н. М. Колядина / Под редакцией А. Т. Солдатенкова. - Ханой: «Издательство Вьетнамского Национального Университета», 2014. - 274 с.
  4. Ермолаева В.А. Химическая структура основных компонентов СМС / В.А. Ермолаева – Текст: электронный // Журнал «Современные наукоемкие технологии». – 2007. – № 10 – с. 34-38. URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=25515 (дата обращения: 10.12.2024)
  5. Делаев, И.У. Получение алкилсульфатов – компонентов моющих средств / И.У. Делаев, Ш.Р. Ахмадов // Материалы научного журнала «Вестник магистратуры» 2018. № 12-1(87). – Йошкар – Ола, ООО «Коллоквиум», 2018.– стр. 7-11
  6. Мирошников, А.М. Основы технологии органических веществ и полимеров: учеб. пособие / А.М. Мирошников, С.В. Орехова; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2013. – 109 с.
  7. Дьячкова, Т.П. Химическая технология органических веществ : учебное пособие / Т.П. Дьячкова, В.С. Орехов, К.В. Брянкин, М.Ю. Субочева. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. – Ч. 2. – 100 с.
  8. Якимчук, О.Д. Исследование моющего действия композиций на основе алкилбензолсульфоната натрия : специальность 02.00.11 – Коллоидная химия и физико-химическая механика : диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук / Якимчук Оксана Дмитриевна ; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет). ¬– Санкт-Петербург, 2004. – 159 с., ил. Текст : непосредственный.
  9. Пархимович, А. А. Анализ жидких моющих средств для мытья посуды / А. А. Пархимович // Первый шаг в науку : тезисы докладов 72-й научно-технической конференции учащихся, студентов и магистрантов, Минск, 21-29 апреля 2021 г. - Минск : БГТУ, 2021. – С. 637-638.
  10. ГОСТ 31696—2012. Продукция косметическая гигиеническая моющая. Общие технические условия. – Введение. 2013-07-01. Москва: Стандартинформ, 2019. – 9 с.