Поверхностно-активные вещества и моющие вещества на их основе, применяемые на железнодорожном транспорте

Подвижной состав в ходе рейсовой эксплуатации подвержен серьезному влиянию естественных внешних загрязнений. На кузов вагона оседают:

пылевые частицы, образующиеся в результате истирания гравия и щебня верхнего балластного слоя;

дорожная пыль;

металлическая пыль от истирания тормозных колодок и колесных пар;

масляно-грязевые отложения, которые появляются в результате сгорания нефтепродуктов при тепловозной тяге.

Под естественным атмосферным воздействием, воздействием воды, кислорода и солнечного излучения эти загрязнения образуют на поверхности лакокрасочного покрытия прочную пленку, для удаления которой не достаточно одного лишь применения горячей воды и традиционных для российской практики моющих средств. Для снятия таких сложных загрязнений применяется специальное оборудование, позволяющее проводить мойку вагонов подвижного состава и всесезонный профилактический уход за кузовными поверхностями с последовательным использованием современных моющих составов на основе кислоты и щелочи. С этими проблемами позволяют справиться современные моечные установки, способные работать в климатических условиях любых регионов страны. При этом они обладают высокой производительностью, обеспечивают надежное качество промывки вагонов подвижного состава, они отвечают всем требованиям экологического контроля и обеспечивают необходимые нормы экономической эффективности. Однако, стоит отметить, что не последнюю роль в работе по очистке лакокрасочного покрытия вагонов подвижного состава играют моющие вещества.

В соответствии с темой работой, нами определена цель: характеристика моющих средств, применяемых для очистки подвижного состава железнодорожного транспорта.

На основании поставленной цели, мы определили следующие задачи:

Дать понятие термину поверхностно-активные вещества (ПАВ)

Охарактеризовать принцип действия моющих веществ

Показать область применения моющих веществ, в том числе ПАВ

Отметить особенность выбора и применяемых средств для очистки подвижного состава железнодорожного транспорта

Показать значение проведения работ по очистке подвижного состава железнодорожного транспорта.

Структура работы: Работа включает введение, основную часть, состоящую из двух глав, заключение и список литературы. Работа выполнена на 18 страницах.

Глава 1. Поверхностно-активные вещества (ПАВ), их строение, значение и область применения

1.1 Характеристика ПАВ: определение термина, строение, классификация

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - это органические соединения, молекулы которых имеют в строении полярную гидрофильную часть (функциональные группы -OH, -COOH, -O и др.) и углеводородную гидрофобную.

Молекулы ПАВ на пограничной поверхности располагаются так, что гидрофильные группы направлены в воду, а гидрофобные выталкиваются из нее. В результате поверхность воды покрывается частоколом из молекул ПАВ. Такая водная поверхность имеет меньшее поверхностное натяжение, что способствует быстрому и полному смачиванию загрязненных поверхностей. Уменьшая поверхность натяжения воды, мы увеличиваем ее смачивающую способность (рис. 1).

поверхностный активный вещество ион

Рис. 1 - Стабилизация стеарат-ионами (ПАВ) жировой частицы в воде

Покрытая молекулами ПАВ частица отделяется от поверхности ткани и в виде эмульсии или суспензии уходит в раствор.

Основная количественная характеристика ПАВ - поверхностная активность - способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Но ПАВ имеет предел растворимости, с достижением которого при добавлении ПАВ в раствор, концентрация на границе раздела фаз остается постоянной, но в то же время происходит самоорганизация молекул ПАВ в объемном растворе. В результате такой агрегации образуются мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ, при мицеллообразовании также приобретают голубоватый оттенок (студенистый оттенок) за счет преломления света мицеллами.

Различают следующие типы ПАВ:

1. Анионактивные ПАВ - содержат в молекуле одну или несколько полярных групп и диссоциируют в водном растворе с образованием длинноцепочечных анионов, определяющих их поверхностную активность. Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатическими цепями или алкилароматическими радикалами. В анионактивных ПАВ катион может быть представлен не только металлом, но и органическим основанием. Поверхностная активность начинает проявляться при длине углеводородной гидрофобной цепи и с увеличением длины цепи увеличивается вплоть до полной потери растворимости ПАВ в воде.

2. Катионактивные ПАВ - диссоциирует в водном растворе с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и аниона (обычно галогенида, иногда аниона серной или фосфорной кислоты), среди катионактивных ПАВ преобладают азотсодержащие соединения. Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионактивные, но они химически взаимодействуют с поверхностью адсорбента, напр. с клеточными белками бактерий, обусловливая бактерицидное действие.

3. Амфолитные ПАВ - в зависимости от величины рН они проявляют свойства катионактивных или анионактивных ПАВ. Содержат в молекуле гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором протона в зависимости от рН раствора. В качестве катионной группы обычно служит первичная, вторичная или третичная аммониевая группа, остаток пиридина или имидазолина. Анионными группами являются карбоксильные, сульфонатные, сульфоэфирные или фосфатные группы.

4. Неионогенные ПАВ - высокомолекулярные соединения, не образующие ионов в водном растворе. Их растворимость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных эфирных и гидроксильных групп, чаще всего полиэтиленгликолевой цепи. При растворении образуются гидраты вследствие образования водородной связи между кислородными атомами полиэтиленгликолевого остатка и молекулами воды. Вследствие разрыва водородной связи при повышении температуры растворимость неионогенных ПАВ уменьшается, поэтому для них точка помутнения - верхний температурный предел мицеллообразования - является важным показателем. Характерная особенность неионогенных ПАВ - жидкое состояние и малое пенообразование в водных растворах. Неионогенные ПАВ хорошо комбинируются с другими ПАВ и часто включаются в рецептуры моющих средств.

Разнообразие видового состава ПАВ находит свое применение в различных областях промышленности.

1.2 Области применения ПАВ

В течение года в России производится более 1 млн тонн синтетических моющих средств, главным образом - стиральных порошков. Среди них, основное применение находят ПАВ - в качестве активного компонента моющих и чистящих средств (в том числе, применяемых для дезактивации), мыла, для ухода за помещениями, посудой, одеждой, вещами, автомобилями и пр.

Кроме того, ПАВ используют и в косметике - шампуни, где содержание ПАВ может достигать десятков процентов от общего объёма. Также ПАВ используются в небольших количествах в зубной пасте, лосьонах, тониках и других продуктах.

Текстильная промышленность использует ПАВ в основном для снятия статического электричества на волокнах синтетической ткани.

В кожевенной промышленности ПАВ применяется в качестве защиты кожаных изделий от лёгких повреждений и слипания.

ПАВ используются и в лакокрасочной промышленности с целью снижения поверхностного натяжения, что обеспечивает лёгкое проникновение красочного материала в маленькие углубления на обрабатываемой поверхности и их заполнение с вытеснением при этом оттуда другого вещества (например, воды).

Бумажная промышленность использует ПАВ для разделения чернил и варёной целлюлозы при переработке использованной бумаги. Молекулы ПАВ адсорбируются на пигменте чернил. Пигмент становится гидрофобным. Далее воздух пропускается через раствор пигмента и целлюлозы. Пузырьки воздуха адсорбируются на гидрофобной части ПАВ и частички пигмента чернил всплывают на поверхность.

Эмульсии ПАВ используются в металлургии для смазки прокатных станов. Снижают трение. Выдерживают высокие температуры, при которых сгорает масло.

В агрономии и сельском хозяйстве, способность ПАВ образовывать эмульсий применяется для защиты растений. Используются для повышения эффективности транспортировки питательных компонентов к растениям через мембранные стенки.

Пищевая промышленность применяет ПАВ для приготовления мороженого, шоколада, взбитых сливок и соусов для салатов и других блюд.

Нефтедобыча применяет ПАВ для гидрофобизации призабойной зоны пласта (ПЗП) с целью увеличения нефтеотдачи.

Катионные и анионные ПАВ применяют в хирургии в качестве антисептиков. Например, четвертичные аммониевые соединения приблизительно в 300 раз эффективнее фенола по губительному действию в отношении микроорганизмов. Антимикробное действие ПАВ связывают с их влиянием на проницаемость клеточных мембран, а также ингибирующим действием на ферментативные системы микроорганизмов. Неионогенные ПАВ практически не обладают противомикробным действием.

В качестве моющего средства, ПАВ применяются на железнодорожном транспорте, с целью очистки подвижного состава от грязи, образовавшейся во время эксплуатации вагонного состава.

Глава 2. Применение моющих средств на железнодорожном транспорте

2.1 Очистка железнодорожных вагонов

Вагоны поступают в депо сильно загрязненные наслоениями из окружающей среды, покрытые отработанными смазочными маслами, пораженные коррозией и гнилью.

Поэтому с целью более длительной эксплуатации вагонного состава должна проводиться тщательная очистка вагона в неразобранном виде, а затем в процессе разборки и ремонта - очистка его составных частей. Предварительно вагоны должны быть продезинфицированы.

Для очистки вагонов и их составных частей широко применяются специальные установки с использованием моющих растворов и веществ, а также органических растворителей.

Мойка вагонов и их сборочных единиц на вагоноремонтных предприятиях осуществляется, как правило, в специализированных вагономоечных установках и моечных машинах струйного типа, которые размещаются в ангарах или специальных зданиях и в закрытых камерах.

Температуру моющих жидкостей в вагономоечных установках и машинах поддерживают в пределах 70-90 °С. Давление струй моющего раствора 0,5-1,6 МПа, ополаскивающей воды 0,3-0,5 МПа. При мойке чистой водой давление значительно повышается и доходит до 4 МПа.

Гидравлические системы вагономоечных установок и машин предусматривают очистные устройства, восстанавливающие моющие растворы. Эти установки работают в автоматическом цикле. Обрабатываемый вагон помещают под гидрант 24, в который подается моющий раствор. После мойки вагона загрязненный раствор через устройство грубой очистки стекает в сточный резервуар.

Детали обычно обмывают в ваннах путем погружения в моющий раствор с активацией его различными средствами. Если детали обмывают в растворе каустика, то их необходимо ополаскивать проточной водой. Раствор подогревают паром с помощью или посредством змеевиков, через которые пропускается теплоноситель, или теплоэлектронагревателями (ТЭН).

Таким способом моют корпуса автосцепок, пятники, детали буферных устройств, пружины и т. д. Для очистки вагонов и их составных частей от загрязнений, которые не поддаются воздействию жидкой очищающей среды, применяют различные способы механической очистки.

Для очистки подвижного состава применяют различные моющие вещества и ПАВ.

поверхностный активный вещество моющий

2.2 Моющие вещества, растворы и препараты, применяемые для очистки железнодорожного транспорта