Einflui3 der Konfiguration der Fettsauren auf die Eigenschaften von Seife

Iron Do:. Dr. J . Z n i i c , Dr. M . B a r e s' und Dipl.-lng. K. K a II f m a n A m der Ctiemisch-tectinologisclieii Hoctiscluile, Prag

Der EinfluD der Konfigiiration der hydrophoben Kette der Fettsauren von C,,,-C,, auf die Eigenschaften ihrer Alkalisalze wurde untersucht. Weiterhin bestimmte man den EinfluD der l't:mperatur auf die ,,kritische Micell-Konzentration" (KMK), a u f die Oberflachenspannungs-#nderung bei der KMK und den EinfluB der Lange der hyd.rophoben Kette auf die KMK. Gleich- zeitig wurde der EinfluD der Doppelbindung und cis-trans- Konfiguration auf die KMK studiert. AuDerdem untersuchten die Vff. die Schaumfahigkelt einzelner Seifen, die Schaumstabili- tat uud die Stabilitiit der Seife.

Effect of Fatty Acid Configuration on the Properties of Soap

The effect of configuration of the hydrophobic chain of fatty acids C,,-C,, on the properties of their alkali salts was stu- died. Furthermore, the effect of temperature on critical micelle concentration (CMC) and on alteration of surface tension at CMC, as well as the effect of chain length of the hydrophobic part on CMC were determined. At the same time, the effect of double and cis-trans configuration on CMC was studied. Also the foaming ability of the individual soaps and foam stability as well as ihe stability of the soaps were investigated.

Die Alkaliseifen der hoheren Fettsauren gehoren zu den iiltesten Tensiden, iind es gibt zahlreiche Veroffent- lichungen und Monographie, in denen ihre Eigenschaf- ten behandelt werden. Trotzdem findet man beim ge- nauen Stiidiuni gewisse Lucken und Unklarheiten, die weitere Untersuchungen erfordern. Die in der vorliegen- den Arbeit beschriebeinen Versuche wurden durchge- fiihrt, urn die Kenntni:; uber den EinfluB der Doppel- bindung und deren Raumkonfiguration auf die Ober- fliichenaktivitat zu erweitern. Es wurde auch versucht, den EinfluB einer weiteren hydrophilen Gruppe im Molekiil (OH-) auf die Oberflacheneigenschaften der Seife zu bestimmen.

Die Existenz des Gleichgewichtssystems ist durch die miniinale freie Ehergie bedingt, die im vorliegenden Fall durch die Grenzflache zwischen den Wassermole- kijlen und dem hydrophoben Teil des Tensidmolekuls bestimmt wird. In der Volumenphase einer Tensidlosung wird das weitere Verhalten in bezug auf Adsorption oder Mizellenbildung (ein energetisch zwar reicheres aber weniger stabiles System) durch die Konzentration des Tensids bedingt. Die kritische Tensid-Konzentration in der Losung, bei der 'die Molekiilaggregation (kritische Mizellkonzentratiun, abgekurzt KMK) stattfindet, hangt dann von vielen 13edingungen ab, wie z. B. Teniperatur, Molekiilassoziation, Anwesenheit eines Elektrolyts und Art des Tensids 1--5.

Als Mat3 fur die Oberflachenaktivitat der Tenside dient ihre Fahigkeit, a.n der Phasengrenze Flussigkeit-

/. W . McBain. Frontiers in Colloid Chemistry, Philoso- phical Library Inc., N e w York 1950. R. D. Vold u. A. K . Phansaikar, 1st. World Congress on Surface Activity, Vol 1 , 137 [1954].

3 M . L . Corrin, E. L . Lind, A . Roginsky u. W . D. Harkins, J. Colloid Sci. 4, 485 [1949].

4 A . Fuvo u. H . Eyring, J. physic. Chem. 60, 890 [195G]. 5 K. S . Stearns, H . Oppenheimer, E . Simon u. W. D. Harkins,

J. &em. Physics 15, 496 [ 19471.

Influence de la configuration des acides gras sur les propriktes du savon

On a Btudi6 l'influence de la configuration de la chaine hydro- phobe des acides gras en Clfl-C,, sur les propri6t6s de leurs sels alcalins. De plus, on a determine I'influence de la tempe- rature sur la concentration micellaire critique (CMC), sur la variation de la tension superficielle a la CMC et l'influence de la longueur d e la chaine hydrophobe sur la CMC. En meme temps, on a etudie I'influence de la double liaison et de la configuration cis-trans sur la CMC. En outre, on a etudie le pouvoir moussant des savons individuels, la stabilite de mousse et la stabilit6 du savon.

I h i i > i i i i i v I ~ ~ ~ ~ I I ] I I I ~ ~ ~ ~ ; I I ~ I I I I ; i i i i l i i i L i s 1 i i i i ~ : I o - r I I ~ I ( ~ i ~ i i i i i ~ i ~ i < : i

A I J , I , I I ~ I , I ~ i c c . ~ i ~ ~ ; i o i i a ; r i i ~ : I L I R I I I I C i ~ i ~ i i i ] i i i i ~ ~ ~ ) ~ i , ~ i i i i r ' I i , y p o - clioGi4 i i i i IAC 11 11 i i i i i I ) I II,I s i i I I c, I ( )'v ( ' ,"-(' 1 I ii C I W >ii Y , Y 1:: I 1 1 s I I \ C . ~ I O ~ I I I I J X c'o.veii, >[ir;iee i ) r I p e j e : r c l i i ) wi i i i i i i i i c ' i ' e x i i i v 1 ) : w y - p l d I lil , , l i ~ J l l ' l l I~tf?ul;ylc) I i ~ J l i ~ C l l ' r p ; l . ~ l I 1 0 h ~ l l l ~ ~ J . ~ 14'' ( I i kf I t ) , I ti), 11 :j R I C I i e 11 M e I I ( ) uepxr I c w r I I ( )ri j I I 11 n p R;KC I I I I I I 11 p b r 1; 51 K I I

13 J IM R I I I I e I I I I I,I r I 12 p o (]I( i 5 11 o ti qe n II €1 a. IC h I K . OJ I I 1 ) i i p 8- hi e l I I I 11 I I : ~ P I e l I o B.TI M R I I 1-1 e JBCI i i I I o ii c n i l 3 I I I I qii ('-'rp; t I I ( I -

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1111 H:IPRIOCI'L OT,T~.? L I I L I X 11 ILT, wi) il ROCTI, I I C I I [,I I I uw ) i i i i c I(;TI,

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hI I J . l i l .

Gas, also Wasser-Luft, zu adsorbieren. Der Vergleich einzelner Tenside untereinander ist auf Griind der Um- wandlung der freien Energie AG, Enthalpie AH und Entropie A S moglich ','. Die Berechnung dieser ener- getischen AdsorptionsgroBen setzt die Kenntnis der I'en- sidkonzentration an der Phasengrenze voraus.

Fur die Berechnung gilt nach der Gibbs'schen Adsorp- tionsisotherme folgende Beziehung:

bAG A H = A G - T __ T

A H - A G T A S = -~

r = Konzentration in mol/cm2; c = Konzentration in molil; T = absolute Temperatur

Die genannten thermodynaniischen Gro13en sind aus diesen Beziehungen und unter der vereinfachten Voraus- setzung, daB die Oberflache bei der KMK mit den adsorbierten Molekulen vollstandig iiberdeckt ist, zu berechnen.

Material Zur Darstellung der Kalisalze der Fettsiuren mit

10 bis 18 C-Atomen wurden hochst reine gesattigte Fettsauren (98.1 bis 99.5'10 nach GLC) von C,, bis Clg der Fa. Henkel R- Cie. G d H , Dusseldorf, benutzt. Die Reinheit der Ulsaure betrug 91.5 O i o , der Erucasaure 94.8 O / o , der Brassidinsaure 91.2 "/a (Produkte der Fa. Henkel & Cie. GmbH, Diisseldorf). Caprinsaure hatte eine Reinheit von 98.8 '10 (Produkt der Fa. Koch-Light, Colnbrook).

A. M . Mankowich, J. Amer. Oil Chemists' SOC. 43, 615 [19GG].

7 W. D. Harkins, The Physical Chemistry of Surface Films, Reinhold Publ. Corp., N e w York 1952.

FETTE . S E I F E N . A N S T R I C H M I T T E L 72. Jah rgang Nr . 10 1970 865

Die Ricinolsaure wurde aus Rizinusol einer Reinheit von 87.0 ' / o hergestellt. Die Elaidinsaure mit einer Rein- heit von 99.8 O / o erhielten wir durch Isomerisierung von Ulsaure rnit Selen und durch mehrfache Kristallisation aus Athylazetat

Die zur Untersuchung der Grundeigenschaften benutz- ten Kaliseifen wurden durch Neutralisation der genann- ten Fettsauren mit entsprechenden Mengen an KOH in Athylalkohol hergestellt. Die Verseifungsdauer am RuckfluB betrug 10 bis 12 Std. 10 bis 12 Std. dauerte auch das Durchwaschen der Seifen mit Aceton im Soxh- let-Apparat. Das Endprodukt wurde noch durch Kri- stallisation aus Xthylalkohol nachgereinigt. In den Sei- fen ermittelten wir den Gehalt an aktiver Substanx durch Zweiphasentitration O.

Afifiaratur und Methodik Oberflachenspannung

Zur Messung der Oberflachenspannung benutzten wir die Methode des maximalen Blasendruckes lo. Verschie- dene Modifikationen dieser Methoden unterscheiden sich in der Art der Bestimmung des hydrostatischen Druckes. Bei der einfachsten Modifikation mit guter Reproduzier- barkeit werden die Messungen unter Anwendung von zwei Kapillaren verschiedenen Durchmessers durchge-

Der Apparat besteht aus einem glasernen temperier- baren GefaB (Abb. 1, links), das mit einem Seitenarm versehen ist, der den Innenraum des GefaBes rnit der Einrichtung zur Erzeugung des niedrigen Unterdrucks verbindet. In dieses GefaB wird der zweite Teil rnit den Kapillaren eingelegt (Abb. 1, rechts), wobei der Arm

fhhrt 11, 12.

Abb. 1. Apparatur zur Messung der Oberflachenspannung

der breiteren Kapillare mit einem Hahn verschliefibar ist. Die Kapillaren sind mit der AuBenatmosphare mit- tels einer Glasfritte verbunden, die das Eindringen von Verunreinigungen und dadurch auch die Verstopfung der Kapillaren verhindert. * 1. Zaiic , L. Forman u. M . Barei, Handbuch fur Fett-Tech-

nologie SNTL, Praha 1965. M . Bare:. K. Kaufmann u. 1. Zaiic, Chem. Driimvsl 20, , , I ,

120 [ w o j . lo N . K . Adam, The Physics and Chemistry of Surfaces,

l1 S . Sugden, J. &em. SOC. [London] 125, 27 [1924]. l2 K . H . Cuny u. K. L. Wolf , Ann. Physik 17, 57 [1956].

Oxford University Press, Oxford 1941.

Entsprechend der Schrijdinger-Gleichung gilt, dai3 die Oberflachenspannung dem Druckunterschied in den Ka- pillaren und der Dichte der zu messenden Fliissigkeit proportional ist.

y = A (Ah,,) + Bs

A und B sind vom Kapillardurchmesser und von der Fliissigkeitsdichte abhangige Konstanten. Im Falle der unterschiedlichen Eintauchtiefe der Kapillaren ist die Einfuhrung eines weiteren Korrekturfaktors notig. s ist die Fliissigkeitsdichte in kgil und y die Oberflachen- spannung in dynicm. Ah,, ist der Druckunterschied bei t = 20°, wobei ha = h - f ; f ist der Korrekturfaktor fur das Dehnungsvermogen der Manometerfliissigkeit.

Die Gleichung kann man folgendermaaen umwan- deln:

Durch geeignete Anordnung der Kapillaren wird der Nullwert fur die B-Konstante erreicht. Die A-Konstante ist dann direkt aus dem Diagramm ablesbar. Zur Eichung wurden Wasser, Cyklohexan, Aceton und n-Hexan ver- wendet.

Das Schaumvermogen bestimmten wir durch Anwen- dung der Ross-Miles-Methode 13. Die Eigenschaften der Seifen wurden nach der Schaumhohe nach 15 Sek. und 5 Min. sowie nach der Schaumstabilitat beurteilt

v , = Schaumhohe nach 5 Min. in cm; v1 = Schaumhohe na& 15 Sek. in cm

E r g e b n i s s e u n d D i s k u s s i o n Die Werte der kritischen Mizellkonzentration und der

Oberflachenspannung bei der KMK an der Phasengrenze Fliissigkeit-Gas wurden aus der graphischen Darstel- lung der Abhangigkeit der Oberflachenspannung von

I I I I I

30 2.5 20 15

Abb. 2. Abhangigkeit der Oberflachenspannung von der Kon- zentration des Kaliuinlaurats

C: Konzentration der Seife in -log Molil; y : Oberflachenspan- nung; Temperatur: 0 40° C, a 60° C, (3 80° C

der Tensidkonzentration entnommen. In den Abb. 2 bis 7 ist die Oberflachenspannung in Abhangigkeit von der Konzentration verschiedener Kaliumsalze dargestellt. Wie aus den Abbildungen ersichtlich, ergaben alle unter-

1 3 1 . Ross u. G. D. Miles, Oil & Soap 18, 99 [1941].

F E T T E . S E I F E N . A N S T R I C H M I T T E L 72. Jahrgang Nr. 10 1970 866

suchten Seifen der gesattigten Fettsauren einen ahn- lichen Kurvenverlauf. :Dies ist auch verstandlich, da die Orientierung der Seifenmolekiile in der Oberflachen- schicht der Fliissigkeit gleich ist und auch die Flache, die ein Molekiil bei kondensierten Filmen einnimmt, fast die gleiche GroBe hat. Unter dem EinfluB der unter-

sogar sehr dem idealen Zustand, der durch die Gibbs’sche Adsorptionsisotherme erfai3t wird.

Betrachtet man die freie Energie an der Phasengrenze als MaB fur die Oberflachenaktivitat (Tab. I ) , so steigt die Oberflachenaktivitat bei den Salzen der gesattigten Fettsauren mit zunehmender Anzahl der C-Atome in

I I I I J. 5 40 2.5 2,o

Abb. 3. Abhangigkeit der Oberflachenspannung von der Kon- zentration des Kaliumpalmitats

C: Konzentration der Seife in -log Mol/l; y : Oberflachenspan- nung; Temperatur: 0 60° C,@ 800 C

schiedlichen Lange des hydrophoben Teils des Molekuls bewegen sich die KMIC allerdings im sehr weiten Be- reich von lo-’ bis MOM, und dadurch wird auch die Oberflachenaktivitat verandert.

Die durch die Konzentration der Salzlosungen hervor- gerufene Veranderung der Oberflachenspannung ist bei den ungesattigten Fettsauren erheblich deutlicher, und bei der Elaidin- und Ricinolsaure nahert sie sich

I I I I

35 3.0 2.5 2,o c

Abb. 4. Abhangigkeit der Oberflachenspannung von der Kon- zentration des Kaliumoleats

C: Konzentration der Seife in -log Molil; y : Oberflachenspan- nung; Temperatur: 0 ZOO C, 0 40° C, GI 60° C

der Fettsaurekette an. Vergleicht man jedoch die Ober- flachenaktivitat der Alkaliseifen der gesattigten mit den ungesattigten Fettsauren, so gilt diese Abhangigkeit nicht mehr. Durch die Anwesenheit einer Doppelbindung wird die Lange des hydrophoben Teils des Molekuls kurzer und die Oberflachenaktivitat niedriger. So hat der hydrophobe Teil von Kaliumpalmitat ungefahr die gleiche Lange wie Kaliumoleat, und die KMK erreicht

Tabelle 1

Adsor/~tionsdaten von Fettsr~iLren-Knliu?jiscifen on rler Plinsengrenze

Kalium-Seife Temperatur KMK y bei KMK -A G AH A S von [O KI [MOM. [dynicm] [Kcal/gmol] [Kcaligmol] cal/Mol. Deg.

Caprinsaure 293.16 93.3 38.2 1.93 1.2 10.6 3 13.16 71.6 37.5 2.18 1.2 10.7 333.16 66.6 35.3 2.35 1.2 10.6 353.16 63.8 33.5 2.51 1.2 10.5

Laurinsaure 313.16 24.8 27.8 2.62 0.3 9.3 333.1 6 23.7 24.8 2.78 0.3 9.2 353.16 22.6 21.7 2.99 0.3 9.3

Myristinsaure 313.16 6.76 42.0 2.82 4.0 21.8 333.16 6.39 37.2 3.23 4.0 21.7 353.16 5.95 33.5 3.78 4.0 22.0

Palmitinsaure 333.16 2.99 56.0 3.72 353.16 2.82 51.0 3.97

Stearinsiure 333.16 0.70 65.6 4.36 353.16 0.58 61.6 4.70

Ulsaure 293.16 6.30 49.0 2.91 313.16 5.31 45.0 3.26 333.16 4.93 39.2 3.52

Elaidinsaure 323.16 7.42 37.0 333.16 6.50 32.8

Ricinolsaure 293.16 13.0 40.9 313.16 11.9 39.3

Erucasaure 353.16 20.2 39.5 Brassidinsaure keine Oberflachenaktivitat

1.82 16.1 1.82 16.2 1.82 16.0

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unter gleichen Bedingungen den zwischen Kaliumpal- mitat und Kaliummyristat liegenden Wert. Diese Be- ziehung gilt auch fur andere Seifen, z. B. fur Kalium- erucat und Kaliumlaurat. Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dai3 die Oberflachenaktivitat von der Lange des hydrophoben Teils des Molekiils abhangig ist

Oberflachenaktivitat gewohnlich um 20 bis 50 O i o absinkt. Von groflem Interesse ist der Einflui3 der cis- oder trans- Konfiguration der Doppelbindung der Fettsauren. Tab. 1 und Abb. 8 und 9 lassen darauf schlieflen, dai3 die trans- Konfiguration im Gegensatz zur cis-Bindung und vor allem zum gesattigten Molekiil den KMK-Wert erhoht

I I I I I

3.5 3.0 2.5 2,o c

Abb. 5. Abhangigkeit der Oberflachenspannung von der Kon- zentration des Kaliumelaidats

C: Konzentration der Seife in -log Molil; y: Oberflachenspan- nung; Temperatur: 0 40° C, 0 60° C

O-O-O-~'

\

40 2, 5 2,o 7.5 c

Abb. 6. Abhangigkeit der Oberflachenspannung von der Kon- zentration des Kaliumerucats

C: Konzentration der Seife in -log Molil; y: Oberflachenspan- nung; Temperatur: 0 40° C, (2 60O C, (3 800 C

und dafl die Tenside mit gleicher Lange des oberflachen- aktiven Ions ungefahr gleiche Werte fur die KMK auf- weisen (Abb. 8).

Aus der graphischen Darstellung der Abhangigkeit der KMK (im log. MaB) von dem Molekulargewicht (oder der Zahl der C-Atome im Molekul) ist ersichtlich (A.bb. 9), dai3 der KMK-Wert mit zunehmender Zahl der C-Atome im hydrophoben Teil des Molekiils ab- sinkt. Diese Abhangigkeit ist geradlinig und als

logKMK = A - B . n

anzugeben. A und B sind Konstanten, A ist temperatur- abhangig; n = Zahl der C-Atome im Molekiil.

Mit steigender Temperatur sinken die Oberflachen- spannung und die KMK ab, die Oberflachenaktivitat steigt dagegen an. Durch die Anwesenheit einer Doppel- bindung wird der KMK-Wert vervielfacht, wobei die

868

i 20

Abb. 7. Abhangigkeit der Oberflachenspannung von der Kon- zentration des Kaliumricinoleats

C: Konzentration der Seife in -log Molil; y: Gberflahenspan- nung; Temperatur: ZOO C, 0 400 C

Abb. 8. Abhangigkeit der Oberflachenspannung von der Mole- kiillange der Fettsauren bei der KMK

y: Oberflachenspannung; N: Kettenlange; a: cis-Saure; b: trans-Saure; c: cis-Ricinolsaure; Temperatur: 200 C,

0 40O C, (2 60° C,@ 80° C

und die Oberflachenaktivitat und die Loslichkeit der jeweiligen Alkaliseife erniedrigt.

Auch bei den Salzen der Fettsauren mit 22 C-Atomen erhalt man ahnliche Beziehungen und Abhangigkeiten wie bei denen mit 18 C-Atomen. Die Loslichkeit des Salzes der Behensaure ist sehr gering; die Messungen bei hoheren Konzentrationen sind daher nicht moglich. Die KMK des Kaliumerucats bei 8O0C stimmt mit der des Kaliumlaurats praktisch iiberein, und auch die Los- lichkeit ist gut. Durch trans-Isomerisierung der Doppel- bindung wird die Loslichkeit der Seife herabgesetzt, und

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z. B. verliert das Kaliumbrassidat seine Oberflachen- aktivitat vollkommen.

Sehr deutlich ist der Einflu8 einer weiteren hydro- philen Gruppe in der Kohlenwasserstoffkette, wie z. B.

Bei hoherer Temperatur nimmt das Schaumvermogen dieser Seife stark zu. Interessanterweise erreicht das Schaumvermogen sein Maximum erst bei einer 7mal hoheren Konzentration als die KMK.

N 0 b C

Abb. 9. Abhangigkeit der KMK von der Molekiillange K : -log KMK; N: Kettendange; a : cis-Saure; b: trans-Saure; c: cis-Ricinolsaure; Temperatur: 0200 C, 0 40° C, (3 60° C,@ 800 C

beim Kalisalz der Rizinolsaure. Durch die Anwesenheit der OH-Gruppe wird die KMK im Vergleich zu der des Oleats verdoppelt. Die Loslichkeit dieser Seife ist sehr gut, und ihre phyr;ikalisch-chemischen Eigenschaften liegen dem idealen Zustand sehr nahe.

Weiterhin wurde der EinfluQ der Doppelbindung auf das Schaumvermogen cler Seifen untersucht. Die Ergeb- nisse sind in den Abb. 10 bis 12 zusammengefallt. Es wurde der EinfluQ der Temperatur und der Konzen- tration der Seife im Wasser auf das Schaumvermogen und die Schaumstabilitiit ermittelt.

Die Kaliumseife der Stearinsaure schaumt bei 4OoC sehr wenig, und auch die Schaumstabilitat ist sehr gering.

Abb. 10. Schaumiahigkeit des Kaliunistearats H: Hohe des Sdaums in mm; S: Schaumstabilitat in O/O; C: Kon- zentration des Tensids in mMol/l; 400 C, 0 60° C, - 15 Sek.,

- - - 5 Min., 0 Stabilitat bei 600 C, 0 Stabilitat bei 40° C

F E T T E . S E I F E N . A N S T R I C H M I T T E L 72. Jahrgang Nr. 10 1970

250 1

Abb. 11. Schaumfahigkeit des Kaliumoleats H: Hohe des Schaums in mm; S: Schaumstabilitat in O / o ; C: Kon- zentration des Tensids in mMoli1; 0 400 C, 0 60° C, - 15 Sek.,

- - - 5 Min., 0 Stabilitat bei 600 C, 0 Stabilitat bei 4O0 C

250 I

I I I I 5 10 15 20

Abb. 12. Schaumfahigkeit des Kaliumelaidats H: Hohe des Schaums in mm; S: Schaumstabilitat in O/O; C: Kon- zentration des Tensids in mMol/l; 400 C, 0 600 C, - 15 Sek.,

- - - 5 Min., 0 Stabilitat bei 60° C, 0 Stabilitat bei 40° C

Die Kaliumseifen der Ul- und Elaidinsaure weisen ungefahr gleiches Schaumvermogen auf. Die Unterschiede im Schmelzpunkt der Fettsaure und in der Struktur der

869

Molekulkette treten vor allem bei niedriger Temperatur (40° C) in Erscheinung. Bei beiden Seifen haben wir festgestellt, dai3 das Maximum des Schaumvermogens im KMK-Bereich liegt, und zwar etwas oberhalb oder unterhalb der KMK. Auch die Schaumstabilitat ist bei ___ beiden Seifen ziemlich hoch. Das Kaliumelaidat weist ausgeglichene Eigenschaften auf.

Mit Hilfe der benutzten Methoden konnten nicht samt- liche physikalisch-chemischen Daten der Seifen ermittelt werden wegen der schlechten Loslichkeit der Seifen und wegen der Hydrolyse bei hoheren Temperaturen.

Der Fa, Henkel R. Cie. Grnbff, D"sseldorf, sei f i r die uber- lassung der reinen Fettsauren gedankt.

Filmreaktoren Von Dr. L. M e ' s z i i r o s

Ails dem Institut fiir angewnndte Cheniie der Uniuersitiit SzegsdlUngnin

Filmreaktoren werden im Laboratorium und iin Be- trieb fur verschiedene Zwecke eingesetzt. Die vorliegende Arbeit befafit sich mit einigen Ausfuhrungen solcher Reaktoren sowie mit speziellen Anwendungen derselben.

I . Burstenreaktoren Burstenreaktoren sind zylindrische bzw. kegelformige

Rohren rnit einer rotierenden Burste. Die flussigen Re- aktionskomponenten werden mit Hilfe dieser Burste auf die Innenwand der Rohren verteilt, wobei eine sehr intensive Durchmischung der Reaktionspartner hervor- gerufen wird. In einem derartigen Reaktor gelang es, mit Hilfe der Drehbiirste eine Wischgeschwindigkeit von 2500 m/Min. zu erzielen. Eine Abnutzung der Elemen- tarfaden der Burste tritt nicht ein. Durch die geringe Masse der Drehburste wird bei Anwendung eines An- triebmotors mit hoher Umdrehungszahl bereits bei ge- ringem Energieaufwand ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Die Wischgeschwindigkeit des Reaktors ist variierbar. Der Biirstenreaktor eignet sich u. a. zur Schnellverdamp- fung. kontinuierlichen Kristallisation, kontinuierlichen Durchfuhrung chemischer Reaktionen zwischen Fliissig- keiten sowie zwischen Fliissigkeiten und Gasen. Bei-

Abb. 1. Drehelement eines Biirstenreaktors

spiele hierfur sind: Veresterung, Sulfonierung, Nitrie- rung sowie die Herstellung von Pflanzenschutzmitteln, Waschpulvern, Riechstoffen und Seifen. Auch konnen mit dieser Apparatur Kolloide, Schaume, Emulsionen und Suspensionen hergestellt werden. Der Burstenreak- tor kann weiterhin in der Lebensniittelindustrie, in Gaststattenbetrieben, Kliniken und in der kosmetischen Industrie eingesetzt werden. Ferner lassen sich Wasser- Fett-Emulsionen, die fur diatetische Zwecke verwendet werden, damit herstellen.

11. Breireaktor Ein Breireaktor ist ein mit Sand gefullter poroser

Filmreaktor, in dem sich die Sandteilchen in einem fliefsfahigen Zustand befinden. Auf der an der Phasen- grenze befindlichen Filmoberflache erfolgt eine starke Turbulenz, die fur eine gute Warmeubertragung und damit fur eine intensive Reaktion sorgt. Bei Verwendung eines hohen Gefafies, das unten mit einem Siebkorper versehen ist, konnen die Reaktionspartner oben einge- leitet und die Reaktionsprodukte unten abgefuhrt wer- den. Im Breireaktor bestehen keine Temperatur- und Konzentrationsgradienten.

Abb. 2. Filmreaktor

Kontinuierliche chemische Reaktionen in herterogener Phase lassen sich durch Anwendung von Druck intensi- vieren. Bei eigenen Untersuchungen wurden mit Sand, Glasgewebe oder anderen inerten Stoffen gefullte Saulen als Reaktor bei der Nitrierung verwendet. In breiten Sandsaulenreaktoren treten bei grofler Reaktionswarme hohere Konzentrationsgradienten auf, die zur Entste- hung von unerwunschten Nebenprodukten fiihren. Bei grofsen Stromungsgeschwindigkeiten werden der Kon- zentrations- und Temperaturgradient erniedrigt, so dafs sich kontinuierliche chemische Reaktionen gunstiger durchfuhren lassen. Optimale Reaktionsbedingungen konnen durch Variation des Druckes, der Porositat des inerten Materials und der Lange des Reaktors erzielt werden.

L i t e r a t u r : L. Mbsza'ros, Ung. P. ME-977.

F E T T E S E I F E N . A N S T R I C H M I T T E L 72. J a h r g a n g Nr. 10 1970 870