Статья посвящена получению и исследованию амфотерных поверхностно-активных веществ в качестве стабилизаторов эмульсий оливкового масла в воде. Описываются способы получения амфотерных поверхностно-активных веществ на основе N,N-диметиламиноэтилдодеканоата, монохлоруксусной и акриловой кислот. Исследованы эмульсии оливкового масла в растворах N-(додеканоилокси)этил-N,N-(диметил)аммонийпропионата.
Ключевые слова: амфотерные поверхностно-активные вещества, стабилизаторы эмульсий.
The article is devoted to the preparation and study of amphoteric surfactants as stabilizers of olive oil emulsions in water. Methods of obtaining amphoteric surfactants based on N,N-dimethylaminoethyldodecanoate, imonochloroacetic acid and acrylic acid are described. Olive oil emulsions in solutions of N-(dodecanoiloxy)ethyl-N,N-(dimethyl) were studiedammonium propionate.
Keywords: amphoteric surfactants, emulsion stabilizers.
В настоящее время перспективным направлением является использование в различных сферах промышленности амфотерных поверхностно-активных веществ (АмПАВ), благодаря их низкой раздражающей способности, высоким показателям поверхностной активности, совместимости с другими поверхностно-активными веществами. АмПАВ представляют интерес в качестве добавок и стабилизаторов в средства личной гигиены, косметических средствах благодаря уникальным коллоидно-химическим свойствам, поэтому перспективы применения таких веществ огромны.
В работе АмПАВ получали двумя способами.
Получение АмПАВ на основе N,N-диметиламиноэтилдодеканоата и монохлоруксусной кислоты представлено на схеме:
Этерификацию N,N-диметилэтаноламина проводили додекановой кислотой при температуре 150°C в присутствии цеолита:
Далее проводили реакция бимолекулярного нуклеофильного замещения полученного эфира с монохлохуксусной кислотой:
Выход конечного продукта составил 79,6 %.
Получения амфотерного поверхностно-активного вещества на основе N,N-(диметил)аминоэтилдодеканоата и акриловой кислоты осуществляли в две стадии. Этерификацию амина проводили додекановой кислотой при температуре 150°C в присутствии цеолита. Полученные эфиры очищали путем вакуумной перегонки. На второй стадии процесса проводили нуклеофильное присоединение полученного эфира к акриловой кислоте при комнатной температуре согласно схеме:
Полученный ПАВ представляет собой вязкую желтую жидкость с характерных запахом акрилата. При растворении раствор сохраняет нейтральную реакцию среды по лакмусу. Данные виды ПАВ сохраняют поверхностно-активные свойства в нейтральной и кислой среде. При введении в раствор 0,1 н раствора гидроксида натрия происходит необратимый гидролиз ПАВ с выпадением белого осадка нерастворимой в воде карбоновой кислоты и соответственно с полной потерей поверхностно-активных свойств. Строение полученных соединений подтверждено методом ИК-спектроскопии. Спектры образцов записывают на Фурье — ИК — спектрофотометре «EQUINOX 55» фирмы «Bruker».
Получение амфотерного поверхностно-активного вещества на основе N,N-(диметил)аминоэтилдодеканоата и акриловой кислоты является целесообразным, так как выход продукта составил 95 %. Благодаря отказу от растворителя, полученное вещество не нуждается в очистке.
Для установления поверхностной активности N-(додеканоилокси)этил-N,N-(диметил)аммонийпропионата проводили измерение величины поверхностного натяжения водных растворов методом максимального давления пузырька на приборе Ребиндера. Для этого использовались растворы с концентрациями: 10– 1 , 10– 2 , 10– 3 , 10– 4 , 10– 5 моль/л. Полученное соединение снижает поверхностное натяжение воды с 73 до 23,16 мН/м до 23 мН/м.
По изотермам поверхностного натяжения вычисляли ККМ для N-(додеканоилокси)этил-N,N-(диметил)аммонийпропионата, которая находится при концентрации от 2,5*10– 3 моль/л до 7,5*10– 3 моль/л. Для окончательного подтверждения точки ККМ были построены графики зависимости удельной электропроводности растворов от концентрации. Исходя из данных, полученных кондуктометрическим методом можно сделать вывод, что ККМ для для N-(додеканоилокси)этил-N,N-(диметил)аммонийпропионата наблюдается при C=4,6*10– 3 моль/л.
Выбор концентраций полученного АмПАВ для исследования эмульгирующей способности производили по пенообразующим свойствам. На рис. 1. представлено изображение водных растворов в процессе пенообразования. Устойчивое пенообразование через 30 мин отмечается только при концентрациях 1·10– 1 моль/л.
Рис. 1. Изображение водных растворов N-(додеканоилокси)этил-N,N-(диметил)аммонийпропионата в процессе пенообразования
Эмульгирующую способность полученного в работе АмПАВ исследовали следующим образом. Приготовленные эмульсии растворов АмПАВ с концентрациями от 1·10– 1 моль/л до 1·10– 3 моль/л с оливковым маслом в соотношении 5:1 встряхивали в течении 600 с и оставляли на 48 часов. В пробирках через 24 часа наблюдали расслаивание фаз эмульсий.
Далее при встряхивании эмульсий с концентрацией АмПАВ 1·10– 1 моль/л образовался ресуспензируемый слой толщиной 8 мм, в эмульсии с концентрацией АмПАВ 1·10– 2 моль/л образовался ресуспензируемый слой толщиной 1 мм. При остальных концентрациях такие слои не были обнаружены, эмульсии расслаивались и разрушались. На рис. 2 представлена фотография приготовленной эмульсии оливкового масла в растворе N-(додеканоилокси)этил-N,N-(диметил)аммонийпропионата с концентрацией 1·10– 1 моль/л через 5 дней.
Рис. 2. Изображение эмульсии оливкового масла в растворе N-(додеканоилокси)этил-N,N-(диметил)аммонийпропионата с концентрацией 1·10– 1 моль/л
В центре пробирки заметен стабилизирующий слой. Некоторые авторы [2] описывают подобные слои и называют их ресуспензируемые. Такие слои по своим свойствам сходны со структурированными коллоидными системами — гелями. Если концентрация капель углеводородов или масел приближается к 90 %, дисперсионная среда принимает вид тонких прослоек жидкости — эмульсионных плёнок. Подобные эмульсии по своей структуре аналогичны пенам [2].
С помощью оптического микроскопа Hyperion-1000 (Bruker) получали электронные микрофотографии исследуемых эмульсий. Представленные электронные микрофотографии (увеличение 150 и 400) ресуспензируемого слоя эмульсии оливкового масла в растворе АмПАВ с концентрацией 1·10– 1 моль/л и подтверждают исследования авторов [2].
Рис. 3. Электронная микрофотография (увеличение 150) ресуспензируемого слоя эмульсии оливкового масла в растворе АмПАВ с концентрацией 1·10– 1 моль/л
Рис. 4. Электронная микрофотография (увеличение 400) ресуспензируемого слоя эмульсии оливкового масла в растворе АмПАВ с концентрацией 1·10– 1 моль/л
Литература:
1. Ланге, К. Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение /К. Р. Ланге, под науч. ред. Зайченко Л. П. СПб.: Профессия, 2005. — 240 с.
2. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах/ К.Холмберг, Б.Йенссон, Б.Кронберг, Б.Линдман; под ред. Ямпольской Г. П. — М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2015. — 530 с.
