انواع سورفکتانت
سورفکتانت‌ها جزء اصلی مواد شوینده پاک‌کننده هستند. کلمه سورفکتانت به معنای عامل فعال سطحی است. مولکول ترکیباتی که به آنها سورفکتانت گفته می‌شود، دارای دو بخش آبدوست (قطبی) و آبگریز (غیرقطبی) است.
انواع سورفکتانت و طبقه‌بندی آنها معمولاً براساس بخش آبدوست یا هیدروفیلیک مشخص می‌شود. از جمله انواع سورفکتانت می‌توان به سورفکتانت‌های غیریونی، آنیونی، کاتیونی، آمفوتریک و واکنش‌گرا اشاره کرد.
بخش آبگریز یا هیدروفوبیک سورفکتانت جاذبه بسیار کمی برای آب و بخش آبدوست دارای جاذبه قوی برای آب است. با افزایش غلظت سورفکتانت در آب، مولکول‌های سورفکتانت توده‌هایی تشکیل می‌دهند به‌طوری‌که بخش داخلی آبگریز درون توده، یک محیط غیرقطبی ایجاد می‌کند.
به دلیل همین ویژگی سورفکتانت‌ها در صنایع گوناگون کاربردهای زیادی دارند که در ادامه این مقاله به آن می‌پردازیم.
ساختار سورفکتانت
سورفکتانت آنیونی
سورفکتانت آنیونی دارای سر آبدوست با بار منفی است، به همین دلیل به آن، آنیونی گفته می‌شود. به دلیل خاصیت پاک‌کنندگی عالی و بالای این نوع از سورفکتانت، پرکاربردترین نوع برای کاربرد در صنعت شوینده و تولید انواع مایع ظرف‌شویی و شامپو است.
سورفکتانت به‌ویژه در دور نگه‌داشتن کثیفی از پارچه‌ها و ازبین‌بردن باقی‌مانده‌های نرمکننده پارچه از پارچه‌ها مفید است. سورفکتانت‌های آنیونی به‌ویژه در تمیزکردن خاک‌های روغنی و سوسپانسیون خاک‌های روغنی / رسی مؤثر هستند.
البته باید این نکته را هم در نظر گرفت که اگر سورفکتانت آنیونی با آب سخت در تماس باشد، می‌تواند با یون‌های سختی آب با بار مثبت (کلسیم و منیزیم) واکنش نشان داده و در نتیجه تا حدودی غیرفعال می‌شود.
هرچه سختی آب و میزان یون‌های کلسیم و منیزیم بیشتر باشد، سیستم سورفکتانت آنیونی بیشتر غیرفعال می‌شود. دقیقاً به همین دلیل است که هنگام شستشو با آب سرد که سختی بیشتری دارد، به ماده شوینده بیشتری نیاز داریم.
متداول‌ترین سورفکتانت‌های آنیونی مورداستفاده عبارت‌اند از آلکیل سولفات‌ها و سولفونات‌ها، آلکیل اتوکسیلات سولفات‌ها، لیگنین سولفونات‌ها، استرهای فسفات، استرهای سولفوسوکسینات و کربوکسیلات‌ها.
سورفکتانت کاتیونی
سورفکتانت کاتیونی برخلاف نوع آنیونی، دارای سر هیدروفیلیک با بار الکتریکی مثبت است. این نوع سورفکتانت، در واکنش‌هایی تشکیل می‌شود که آلکیل هالیدها با آمین‌های چرب اولیه، ثانویه یا سوم واکنش می‌دهند.
سورفکتانت‌های کاتیونی کشش سطحی را کاهش می‌دهند و به‌عنوان عوامل مرطوب‌کننده در محیط‌های اسیدی استفاده می‌شوند. بااین‌حال، یک نقطه‌ضعف یک عامل فعال سطحی کاتیونی این است که وقتی به یک محلول قلیایی مانند نمک‌های آمونیوم چهارتایی اضافه می‌شوند، هیچ اثر شوینده‌ای ندارند.
از بخش‌های قبلی می‌توان نتیجه گرفت که دستیابی به سورفکتانت آمین یا آلکیل آمونیوم نیازمند زنجیره‌ای از واکنش‌های شیمیایی است که کم‌وبیش انتخابی هستند و لزوماً کامل نیستند. در نتیجه، تنها بخش کوچکی از مواد واکنش‌دهنده به محصول نهایی موردنظر تبدیل می‌شود.
به همین دلیل است که سورفکتانت‌های کاتیونی به‌طورکلی گران‌تر از سورفکتانت‌های آنیونی مانند سولفونات‌ها یا سولفات‌ها هستند. ازاین‌رو، سورفکتانت‌های کاتیونی تنها در مواردی استفاده می‌شوند که نمی‌توان آنها را با سورفکتانت‌های دیگر جایگزین کرد.
از سورفکتانت کاتیونی در صنعت نساجی برای به تأخیرانداختن جذب رنگ استفاده می‌شود. در این کاربرد آنها با رنگ رقابت می‌کنند و در نتیجه جذب رنگ را کند کرده و به دستیابی به رنگ یکنواخت کمک می‌کنند.
حتی گاهی به‌عنوان بازدارنده خوردگی در محیط اسیدی کاربرد دارند. همچنین امولسیون‌های آسفالتی برای روسازی جاده‌ها و پوشش‌های محافظ و رنگ‌ها اغلب توسط نمک‌های نمک آمین چرب (در pH اسیدی) یا کوات‌ها (در pH خنثی) تثبیت می‌شوند. برخی نیز مانند بنزالکونیوم کلراید به‌عنوان ماده ضدعفونی‌کننده استفاده می‌شود.
سورفکتانت غیریونی
در سورفکتانت‌های غیریونی، سر آبدوست قطبی است؛ اما کاملاً باردار نیست. سورفکتانت‌های غیریونی کاربردهای متنوعی در تولید منسوجات دارند و حجم مورداستفاده از انواع مختلف سورفکتانت‌های غیریونی زیاد است.
الکل‌ها، اسیدهای اتوکسیله، آمین‌های اتوکسیله، اکسیدهای آمین، آلکیل فنل‌های پلی اکسی اتیلن شده و پلی اکسی اتیلن خطی رایج‌ترین انواع سورفکتانت‌های غیریونی هستند. خواص یک سورفکتانت غیریونی را می‌توان با کنترل مقادیر نسبی خصوصیات آبدوست و آبگریز تا حدودی برای یک کاربرد خاص تنظیم کرد.
انواع سورفکتانت
سورفکتانت چگونه کار می کند؟
برای درک اینکه سورفکتانت‌ها چگونه کار می‌کنند بیایید با درنظرگرفتن اینکه وقتی سورفکتانت‌ها را به یک ظرف آب اضافه می‌کنیم، چه اتفاقی می‌افتد، شروع کنیم.
سورفکتانت‌ها ابتدا روی سطح آب جمع می‌شوند تا لایه‌ای را در سطح مشترک آب‌وهوا تشکیل دهند به‌طوری‌که بخش آبدوست به سمت آب و بخش آبگریز به سمت هوا باشد. این پدیده منجر به کاهش کشش سطحی آب می‌شود که یکی از ویژگی‌های کلیدی سورفکتانت‌ها به شمار می‌رود.
اما با افزایش غلظت سورفکتانت، اتفاق جالبی رخ می‌دهد:
میسل‌ها یا «توده‌های» توپی شکل سورفکتانت، با دم‌های رو به داخل و دور از آب شکل می گیرند. غلظتی که در آن میسل‌ها شروع به تشکیل می کنند، غلظت میسل بحرانی (CMC) نامیده می‌شود.
این خاصیت بسته به نوع سورفکتانت متفاوت است و کارایی و غلظت مورد نیاز برای یک فرایند خاص را تحت تأثیر قرار می‌دهد. افزودن سورفکتانت بیشتر فراتر از CMC منجر به افزایش تشکیل میسل می شود. رون میسل ها یک فضای غیر قطبی آبگریز تشکیل شده و سطح بیرونی آن آبدوست است.
تشکیل میسل برای بسیاری از کاربردهای سورفکتانت بسیار مهم است؛ زیرا تجزیه موادی مانند روغن که معمولاً در آب نامحلول هستند را تسهیل می‌کند. فضای درونی این تودهها ذرات آلودگی و چربی آبگریز را جذب کرده و از محیط آبی خارج می‌کند. سورفکتانت‌هایی با CMC پایین به سورفکتانت کمتری برای کاهش کشش سطحی و تشکیل میسل نیاز دارند و بنابراین کارامدتر هستند.
کاربردهای سورفکتانت
بنابراین؛ سورفکتانت‌ها به طور گسترده‌ای در صنعت مواد شوینده، روانکاری، به عنوان نرم کننده در لجن فاضلاب و صنعت نفت استفاده می‌شوند. بیشتر کاربردهای سورفکتانت‌ها محصولات نرمکننده هستند که ویژگی‌های مشابهی با مواد شوینده، زنجیره بلند آلیفاتیک و بخش آبدوست دارند.
در ادامه به بررسی کاربرد سورفکتانت در حوزه‌های مختلف صنعتی می‌پردازیم.
سورفکتانت به‌عنوان نرمکننده در نساجی
فینیشینگ یک اصطلاح جامع در نساجی است که به فرایندهایی که پارچه‌ها پس از تولید آن را طی می‌کنند، اشاره دارد. یکی از مواد شیمیایی که در این مرحله برای افزایش کیفیت پارچه‌ها استفاده می‌شود، سورفکتانت‌ها هستند که به‌عنوان نرمکننده به کار می‌روند.
این نرم‌کننده‌ها، با ویژگی‌های آبگریز، حالتی بسیار نرم و گاهاً مشابه حس چربی سطح را هنگام لمس پارچه ایجاد می‌کنند. سورفکتانت‌های نرمکننده با ویژگی غالباً آبدوست، عموماً لمس خشک‌تری را ارائه می‌کنند.
سورفکتانت در کشاورزی
امروزه موفقیت فناوری کنترل علف‌های هرز در کشاورزی به توسعه و استفاده مؤثر از علف‌کش‌های آلی و سپس استفاده از مواد شیمیایی دیگر، به‌ویژه سورفکتانت‌ها نسبت داده می‌شود.
سورفکتانت‌ها عملکردهای مختلفی را در پراکندگی علف‌کش‌ها انجام می‌دهند. سورفکتانت‌ها عمدتاً در محلول‌های آبی مورداستفاده قرار می‌گیرند، جایی که کشش سطحی را کاهش می‌دهند و در نتیجه گسترش و مرطوب شدن سطح علف‌های هرز را افزایش می‌دهند.
این امر منجر به پوشش یکنواخت سطح علف‌های هرز، جذب بیشتر، کاهش سرعت تبخیر و سایر اثرات مطلوب می‌شود. سورفکتانت‌ها به مولکول‌های علف‌کش کمک می‌کنند تا از طریق سطح مومی برگ نفوذ کنند.
در کود حاوی نیتروژن (سولفات آمونیوم) ترکیبات سورفکتانت به ترکیب نیتروژن کمک می‌کند تا از سطح برگ نفوذ کند. معمولاً از مخلوط سورفکتانت‌های غیریونی در این کاربردها استفاده می‌شود.
کاربرد سورفکتانت در صنعت نفت
کاربرد سورفکتانت‌ها در صنعت نفت از اهمیت عملی زیادی برخوردار است و همچنین بسیار متنوع است؛ زیرا سورفکتانت‌ها ممکن است در سراسر فرایند تولید نفت در مخازن، چاه‌های نفت و گاز، در عملیات پردازش سطحی، و در محیط‌زیست، بهداشت و سلامت کاربرد داشته باشند.
برخی از نمونه‌های کاربرد سورفاکتانت در صنعت نفت در سیستم‌های گاز/مایع عبارت‌اند از تولید چاه نفت و فوم‌های سرچاهی، فرایند فلوتاسیون روغن، فوم‌های تقطیر و تفکیک اجزا برج، فوم‌های نفت کوره و مخزن سوخت جت (کامیون)، سیال حفاری فوم، مایع اسیدی فوم، فوم‌های مسدودکننده و منحرف‌کننده فوم‌های کنترل تحرک گاز.
سورفکتانت در پاک‌کننده ها
سورفکتانت ها عنصر کلیدی محصولات پاک‌کننده هستند. پاک‌کننده‌ها معمولاً شامل چهار جز اساسی هستند. سورفکتانت‌ها، هیدروتروپ‌ها، سازنده‌ها و حامل‌ها. هیدروتروپ‌ها مواد شیمیایی هستند که سورفکتانت‌ها و سازنده‌های ناهمگن را در یک محلول پایدار نگه می‌دارند.
حامل یا آب یا حلال دیگری است. این عناصر با هم کار می‌کنند تا امکانات لازم برای حذف آلودگی‌ها را ایجاد کنند. نتیجه نهایی محصولی است که می‌تواند با مکانیسم‌های مختلفی انواع آلودگی را از سطوح مختلف بزداید.
نوع سورفکتانت‌های مورد استفاده در یک محصول تمیز کننده تا حد زیادی تعیین می‌کند که این محصول برای چه نوع آلودگی و چه سطوحی مناسب است.
اهمیت سورفکتانت
همانطور که قبلاً هم اشاره شد کارکردهای اصلی سورفکتانت‌ها، کاهش کشش سطحی در فرایندهای مختلف، پاک‌کنندگی بالا و تولید منسوجات با ویژگی‌های انتخابی است. به دلیل رفتار دوگانه سورفکتانت که هم بخش آبگریز و هم بخش آبدوست را در ساختار خود دارد، این مواد شیمیایی به جز جدایی‌ناپذیر صنایع مختلف تبدیل شده‌اند.
برخی از ماده‌هایی که به عنوان نرم کننده استفاده می‌شوند:
می‌توانید برای تهیه انواع سورفکتانت و مشاوره خرید مواد شیمیایی صنعتی با دکتر کمیکال در تماس باشید.
