2.2. Сыпучие добавки

Синтетические моющие средства наряду с ПАВ содержат ряд сыпучих добавок (неорганических и органических), выполняющих определенные функции при производстве, хранении и применении CMC. Некоторые их этих добавок, хотя и не обладают сами по себе моющими свойствами, способны повышать моющее и отбеливающее действие растворов CMC.
В качестве неорганических полезных добавок при производстве CMC используются обычно щелочные соли натрия и калия, соли пероксокислот и органические оптические отбеливатели.
К щелочным солям принадлежат: фосфат натрия (Na₃PO₄), дифосфат (пирофосфат) натрия и калия (Na₄P₂O₇, К₄Р₂0₇), триполифосфат натрия и калия (Na₂P₃O₁₀, К₅Р₃О₁₀), карбонат натрия (Nа₂СО₃), гидрокарбонат натрия (NaHCO₃); к пероксидным солям относятся перборат натрия (NaB0₂*H₂0₂*3H₂0), перкарбонат натрая (Na₂CO₃*1,5H₂0₂*H₂0), оптические отбеливатели. Из нейтральных неорганических солей наиболее широко употребляется сульфат натрия (Na₂S0₄).

2.2.1. Фосфаты

Одним из факторов, понижающих эффективность моющего действия, является жесткость воды, так как мыла (натриевые соли жирных кислот) в процессе стирки вступают в реакцию с катионами Са²⁺ и Mg²⁺ и образуют нерастворимые кальциевые и магниевые соли жирных кислот. Последние не только не принимают участия в моющем процессе (что ведет к перерасходу моющих средств), но и осаждаются на ткани в качестве загрязнений. С применением CMC, в состав которых входят ПАВ и активные добавки (особенно велика роль фосфатов), этот недостаток полностью устраняется. Фосфаты связывают ионы щелочноземельных металлов и железа в комплексные соединения, растворимые в воде:

Фосфаты способны переводить нерастворимые кальциевые соли жирных кислот в раствор, благодаря чему современные моющие средства, содержащие от 25 до 40% (масс.) фосфатов натрия, способны растворять даже накипи:

Кроме того, фосфаты предотвращают повторное осаждение загрязнений на ткань, удерживая их в моющем растворе в диспергированном состоянии.
Фосфаты натрия проявляют значительный синергизм в смеси со многими анионоактивными ПАВ.
Свойства полифосфатов натрия обусловливают их широкое применение в производстве CMC.
Фосфат натрия (Na₃Р0₄) - один из основных компонентов моющих средств; используется для очистки поверхности металлов, керамики, стекла и других твердых материалов, возможно его использование в сочетании со щелочами и ПАВ.
Фосфат натрия гидролизуется в водных растворах:

рН раствора фосфата натрия в зависимости от его. концентрации колеблется в пределах от 10,8 до 12,75.
Триполифосфат натрия (Na₅P₃O₁₀) - широко применяется в CMC; помимо комплексообразующей способности обладает способностью пептизировать пигментные загрязнения.
Структурная формула триполифосфата натрия:

Триполифосфат натрия - белый кристаллический порошок; молекулярная масса - 368; плотность - 2,5 кг/м³; насыпая плотность 690 - 770 кг/м³; температура плавления - 880 °С;теплоемкость -995,4 Дж/(г*°С); содержание Na₅P₃O₁₀ - не менее 92% (масс.); содержание Р₂0₅ в триполифосфате - не менее 56,5%; рН водного раствора -9,3 - 9,8. Растворимость в воде при температуре от 20 до 100 °С колеблется в пределах от 12,9 до 32,5% (масс.).
Триполифосфат натрия малогигроскопичен, но при поглощении воды образует гексагидраты.
При длительном пребывании триполифосфата натрия в водном растворе он может подвергаться гидролизу (в присутствии кислот и щелочей и при температуре выше 80 °С гидролиз ускоряется) с образованием дифосфата и дигидрофосфата натрия или гидратации с образованием кристаллогидрата соли:

Образующийся гексагидрат триполифосфата натрия повышает сыпучесть порошка CMC (для этого должно прогидратироваться не менее 70% добавленного в композицию фосфата) и увеличивает вязкость композиции CMC (поэтому необходимо, чтобы время приготовления композиции CMC было минимальным и приготовленная композиция подавалась на сушку как можно быстрее).
Стабильность триполифосфата повышается при добавлении в композицию органических азотсодержащих соединений или соли этилендиаминтетрауксусной кислоты - трилона Б.
Триполифосфат натрия существует в двух модификациях (форма 1 и форма 2), которые отличаются кристаллической структурой - координацией атомов натрия. Первая из двух модификаций термически менее стабильна и характеризуется большой скоростью разрушения, вторая - более стабильна.
При растворении триполифосфата, содержащего значительное количество формы 1, в композиции образуются труднорастворимые комки, что объясняется появлением слоя кристаллогидратов на поверхности комков, внутри которых содержится безводный триполифосфат и другие фосфаты. При гидратации обе формы образуют один и тот же кристаллогидрат - гексагидрат триполифосфата натрия Nа₅Р₃0₁₀*6Н₂0, который при дегидратации превращается в дифосфат и дигидрофосфат натрия. Для получения неслеживающихся порошкообразных CMC содержание формы 1 в безводном триполифосфате натрия не должно превышать 24 - 32% (масс.). Триполифосфат. используемый для CMC в нашей стране, содержит ее до 10% (масс.).
Повышение температуры ускоряет гидролиз фосфатов, а увеличение рН уменьшает их разложение. Гидролиз триполифосфатов в процессе приготовления композиции протекает в незначительной степени, а при высушивании композиции - в несколько большей степени, поэтому целесообразно часть его вводить в сухом виде в готовый порошок CMC.
Увеличение производства триполифосфата натрия в мире продолжалось до тех пор, пока не возникла проблема с зарастанием водоемов водорослями. Так как отсутствие в композиции CMC триполифосфата натрия приводит к снижению потребительских свойств моющих средств, ведутся активные поиски других равноценных заменителей.
Основная часть триполифосфата натрия расходуется на производство CMC, однако он также находит широкое применение в текстильной и кожевенной промышленности для отбелки и мойки, для флотации руд, для диспергирования красок, в производстве синтетического каучука, в электролизных процессах, для умягчения воды с целью предотвращения выпадения осадков и накипи, для стабилизации пергидроля, при бурении нефтяных скважин, в производстве бумаги для отбелки и ряде других производств.