آشنایی با سورفاکتانت ها

در فصل اول راجع به سورفاکتانت ها مختصری بحث می کنیم.

سورفاکتانت، مایسل و نقطه سی ام سی

سورفاکتانت را به عنوان ماده فعال سطحی می شناسیم (SURFace ACTive AgeNT) این مواد به خاطر خاصیت دوگانه آبدوستی- آبگریزیتمایل دارند تا ضمن حل شدن جزئی در آب، از اون فرار هم بکنند. فرض کنید سورفاکتانت ها رو در دست دارید و به مقدار دلخواه اونها رو به کمک یک نمکدان داخل آب، نمک پاش میکنید. در ابتدا و با انحلال سورفاکتانت، خودشون رو بلافاصله به سطح محلول می رسانند. سطح محلول یعنی جایی که آب با فضای فوقانی خودش، در تماس با هوا باشه. اگر ادامه بدیم و اونقدر سورفاکتانت به این سیستم اضافه کنید تا سطح خالی ای باقی نمونده باشه، یعنی به ماکزیمم مقدار ممکن سورفاکتانت در سطح محلول رسیده باشید. از این لحظه به بعد سورفاکتانت ها ،تا مقدار کمی، بعد از انحلال به صورت منفرد در آب حلالپوشی میشن ولی با کمی ادامه و نمک پاشی بیشتر سورفکتانت، سر آبگریز اونها قسمت آبگریز همنوع خودش رو موقعیت مناسبی برای فرار از آب میبینه و تمایل بالایی به اون نشون میده. گردهمایی سورفکتانت ها را خواهید داشت و نتیجه می شود تشکیل مایسل!

اینجا نقطه سی ام سی محلول شماست (Critical Micelle Concentration)؛ یک نقطه بحرانی از نظر غلظت که بعد از اون انحلال بیشتر سورفکتانت منوط به تشکیل مایسل می باشد. شیمی چی سعی می کنه گام به گام ذهن شما رو با الفاظ تخصصی این حوزه آشنا کنه. البته اساتیدی که این متن رو مطالعه می فرمایند دیده لطف به این حقیر داشته و مطالب تکمیلی را گوشزد فرمایند تا منعکس شود. بهرحال، از نقطه سی ام سی به بعد، شاهد رشد مایسل ها هستیم تا جایی که دافعه سرهای آبدوست مانع بشه. با افزایش غلظت سورفاکتانت در محلول شمار مایسل ها زیاد میشه تا جایی که این ظرفیت هم به اتمام برسه. تا این نقطه دو تجمع بزرگ رو شاهد بودیم؛ تجمع در سطح و تجمع در مایسل ها.

کریستال مایع، انواع سورفاکتانت یونی و نانیونی

با زیاده روی نسبت به ظرفیت محلول در پذیرش غلظت سورفاکتانت ها شاهد تشکیل کریستال مایع خواهیم بود. فعلا شیمی چی بحثی راجع به پایداری هرکدام از این تجمعات و دستکاری اونها نمیزنه تا قسمت های بعد…    با دسته بندی سورفاکتانت ها براساس ساختار آشنایی داریم؛ سورفاکتانت های یونی و غیریونی. سورفاکتانت های یونی شامل سورفاکتانت های کاتیونی و آنیونی میشه که دارای یک بخش آبگریز و یک بخش آبدوست یونی (با بار مثبت یا منفی) هستند. بخش آبگریز یک زنجیره کربنی به شکل آلیفاتیک (میشه گفت خطی) و یا آروماتیک (میشه گفت دارای حلقه های بنزنی) هست. این بخش مثل همه چربی های طبیعی در آب نامحلول و اصطلاحا آبگریز است.

بخش یونی در مورد سورفاکتانت های کاتیونی معمولا شامل نمک های آمونیوم یا کواترنری آمین ها است. بخش یونی در مورد سورفاکتانت های آنیونی که پرمصرف تر و مهم تر هم است معمولا نمک های کربوکسیلات یا سولفونات و گاهی سولفات است. در صورتی که یک سورفاکتانت آنیونی کربوکسیلاتی مدنظرتون باشه باید بگم شما در این لحظه صابون ها رو در ذهنتون مجسم کردید. که در انواع طبیعی و سنتزی وجود داره. اگر هم می خواهید تجسمی از سورفاکتانت های سنتزی آنیونی داشته باشید بایستی محصولات سولفوناتی و سولفاتی رو مجسم کنید که در واحدهای سولفوناسیون یا سولفاسیون تهیه میشوند. معروف ترین و پرکاربرد ترین انواع سورفاکتانت های آنیونی سدیم دودسیل بنزن سولفونات است.

انواع سورفاکتانت نانیونیک (غیریونی) دارای بخش آبگریز و یک بخش آب دوست خنثی می باشد. یک زنجیره از پلی اتیلن گلایکول را در نظر بگیرید که خود واحد تکرارشونده اتیلن اکساید دارد. این ترکیب کاملا در آب محلول است. حلال یک زنجیره آلی دودکان رو در نظر بگیرید، حسابی چرب و نامحلول در آب. جناب شیمی چی این دو ملکول رو سربسر بهم میچسبونه و یک سورفاکتانت نانیونیک پرمصرف رو تحویل شما میده. تنوع در سورفکتانت های غیریونی با اختلاف در طول زنجیره آلی یا نوع و تعداد گروههای تکرارشوند آبدوست با هم متفاوت می شوند.

نوع دیگری از سورفاکتانت ها، سورفاکتانت های آمفوتری یا در زبان آلمانی zwiiterionic است که استفاده های خاص تری دارد. یک مورد پرمصرف آن مشتقات بتائین مثل کوکامیدوپروپیل بتائین است که در شوینده های خانگی مصرف دارد.

shimichi_cationic_surfactant سری فرمولاسیون تولید مواد شوینده با شیمیچی- قسمت دوم

shimichi_cationic_surfactant سری فرمولاسیون تولید مواد شوینده با شیمیچی- قسمت دوم

shimichi_cationic_surfactant سری فرمولاسیون تولید مواد شوینده با شیمیچی- قسمت دوم

خوب است بدانید انواع سورفاکتانت های آنیونی سنتزی یعنی سولفونات ها و سولفات ها در ایران تولید می شوند. همچنین واحدهای اتوکسیلاسیون انواع پرمصرف سورفاکتانت های غیریونی را در تولیدات خود دارند. همینطور به منظور مصارف صنعتی و البته بیشتر از آن در مصارف آرایشی بهداشتی و نرم کننده ها، سورفاکتانت های کاتیونی پرمصرف در کارخانه های ایرانی تولید می شوند.

بد نبست در اینجا با اصطلاح اولئوکمیکال ها آشنا شوید، صابون ها را به خاطر بیاورید. سورفاکتانت آنیونی از نوع کربوکسیلاته. اینها بیشتر منشا طبیعی دارند؛ گیاهی (اولئوکمیکالOleochemical) و حیوانی. صابون های به دست آمده از چربی ها همان صابون های سنتی مراغه است که از چربی حیوانی حاصل می آید. و صابون های امروزی مورد استفاده همگی منشا گیاهی دارند مثل استئاریک اسید، که انواعی از اولئوکمیکال محسوب می شوند. در ایران هیچ تولید یا برداشت عمده ای از اولئوکمیکال ها نداریم و واردات این مواد از کشورهای جنوب شرق آسیا مثل مالزی می باشد.

قسمت بعدی برای شما از اثر نمک بر تجمعات سورفاکتانت ها، پایداری این تجمعات و نهایتا ویسکوزیته خواهم گفت.

… با شیمی چی همراه باشید

شیمی چی

فروردین ۱۳۹۶