Surfaktanty: Rodzaje i zastosowania

Surfaktanty, pseudonim dla „środków powierzchniowo czynnych”, ukuty przez Antara Products w latach 50-tych, są rodzajem cząsteczki, która zawiera zarówno część kochającą wodę (hydrofilową), jak i część bojącą się wody (hydrofobową). Ta unikalna struktura sprawia, że surfaktanty są głównymi graczami w wielu zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych, w tym w agrochemikaliach, produktach do pielęgnacji domu i ciała, przemyśle i instytucjach (I&I), ropie i gazie oraz farbach/powłokach.

Typy surfaktantów

Więc, jak działają surfaktanty? Niektóre środki powierzchniowo czynne posiadają ładunek elektryczny na ich hydrofilowej (kochającej wodę) cząsteczce, a w oparciu o tożsamość ładunku elektrycznego (lub jego brak) środki powierzchniowo czynne są sklasyfikowane w jednej z czterech głównych klas, w tym:

1. niejonowe (bez ładunku)
2. anionowe (ładunek ujemny)
3. kationowe (ładunek dodatni)
4. amfoteryczne (zawierające zarówno ładunek dodatni, jak i ujemny)

Typ środka powierzchniowo czynnego wybranego do określonego zastosowania w dużym stopniu zależy od właściwości roztworu i zamierzonego zastosowania końcowego. Wiele z tych związków zapewnia wyjątkowe właściwości do preparatu dla konkretnego rynku, w tym niskopieniące środki czyszczące, szybkie właściwości zwilżające, rozpuszczalne w wodzie związki i emulgowanie dla nierozpuszczalnych w wodzie compounds.
Choosing prawidłowego środka powierzchniowo czynnego do aplikacji końcowej jest trudne zadanie, ale kiedy w pełni zrozumieć różnice między czterema rodzajami środków powierzchniowo czynnych i jak każdy środek powierzchniowo czynny działa, zadanie wyboru odpowiedniego molekuły (s) staje się znacznie łatwiejsze. Zanurzmy się więc w czterech klasach surfaktantów i omówmy, co sprawia, że każdy z nich jest inny.

Czym jest surfaktant niejonowy?

Niejonowe środki powierzchniowo czynne są jednymi z częściej stosowanych surfaktantów w przemyśle, więc zadajmy proste pytanie: „czym jest niejonowy środek powierzchniowo czynny”?

Niejonowy środek powierzchniowo czynny jest rodzajem środka powierzchniowo czynnego, który nie posiada ładunku na swojej hydrofilowej grupie głównej i dlatego jest łagodniejszy w swojej naturze. Ze względu na łagodność związaną z niejonowymi środkami powierzchniowo czynnymi, są one powszechnie stosowane w całym domu i rynku środków higieny osobistej, jak również w przemyśle agrochemicznym.

Brak ładunku przyczynia się do zdolności niejonowych do łatwego emulgowania olejów, co czyni je doskonałym graczem w usuwaniu tłuszczu i olejów z zabrudzonych powierzchni. Chociaż ta klasa środków powierzchniowo czynnych jest powszechnie kojarzona z produktami czyszczącymi w domu lub w warunkach przemysłowych, są one szeroko stosowane również w innych dziedzinach. Niejonowe środki powierzchniowo czynne są powszechnie stosowane w domu, piękno, i osobistych opieki surfaktantów rynków produktów, w tym szampony (aby pomóc w emulgacji), perfumy (jako środki rozpuszczające), kosmetyki (aby pomóc rozproszyć pigmenty w makijażu), i pomóc w emulgacji olejów do produktów do pielęgnacji skóry.

Nonionowe środki powierzchniowo czynne nie są ograniczone do rynku produktów do pielęgnacji domu i ciała, na przykład, niejonowe środki powierzchniowo czynne są wykorzystywane do pomocy rolnikom w przemyśle rolniczym, ponieważ związki te są stosowane w recepturach pestycydów i adiuwantów w celu zwiększenia rozprzestrzeniania się, zwilżania, przyklejania i penetracji pestycydów przez powierzchnię liścia. Rafinacja i przetwarzanie ropy naftowej i gazu w przemyśle naftowym również wykorzystuje niejonowe środki powierzchniowo czynne. Na przykład, niejonowe środki powierzchniowo czynne są stosowane jako inhibitory korozji w ropie i gazie do powierzchni, które mają kontakt z produktami naftowymi, jak również jako środki wspomagające przepływ zwrotny w celu poprawy przepływu węglowodorów. Ze względu na ich chemię powierzchniową, niejonowe środki powierzchniowo czynne są również szeroko stosowane w powłokach, takich jak emulgatory do farb lateksowych i środki wyrównujące do powłok akrylowych.

Wykaz niejonowych środków powierzchniowo czynnych

Kilka typowych przykładów niejonowych środków powierzchniowo czynnych to etoksylowane i alkoksylowane kwasy tłuszczowe, etoksylowane aminy, etoksylowane alkohole, etoksylowane alkilowe i nonylofenolowe etoksylaty, etoksylowane estry sorbitanu i etoksylowany olej rycynowy.

Przy wyborze właściwego środka powierzchniowo czynnego ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób tożsamość części przenoszącej wodę, jak również stosunek części przenoszącej wodę do części kochającej wodę może być dostosowany w celu zapewnienia lepszej rozpuszczalności w wodzie, zwilżania, detergencji, emulgowania itp. Aby zrozumieć to zjawisko, należy najpierw zrozumieć teorię równowagi hydrofilowej/lipofilowej (HLB), która jest charakterystyczna wyłącznie dla niejonowych środków powierzchniowo czynnych.

W zakresie arbitralnych jednostek 1-20, HLB niejonowego środka powierzchniowo czynnego można obliczyć i wykorzystać do określenia skłonności związku do efektywnego działania w danym roztworze oleju i wody. Niższe wartości HLB (< 10) są powszechnie stosowane do roztworów bogatych w olej, podczas gdy środki powierzchniowo czynne o wyższych wartościach HLB (> 10) są zazwyczaj najbardziej skuteczne w emulsjach typu olej w wodzie.
Tak jak tożsamość hydrofobowej części jonowego środka powierzchniowo czynnego może być zróżnicowana w zależności od potrzeb końcowego zastosowania, długość składnika polioksyetylenowego (tj. części hydrofilowej) niejonowego środka powierzchniowo czynnego również zapewnia tej klasie związków szeroki asortyment rozpuszczalności w wodzie i właściwości detergencyjnych. Zwiększenie ilości tlenku etylenu zazwyczaj zwiększa jego rozpuszczalność w wodzie, jak również zwiększa równowagę hydrofilową/lipofilową (HLB) związku. Aby uzyskać pełną listę niejonowych środków powierzchniowo czynnych, odwiedź naszą broszurę produktową tutaj.

Co to jest amfoteryczny środek powierzchniowo czynny?

Amfoteryczne środki powierzchniowo czynne są zwitterionowe, co oznacza, że posiadają zarówno dodatni, jak i ujemny ładunek na swojej polarnej grupie głównej, dzięki czemu ogólny ładunek netto wynosi zero. Ogólnie rzecz biorąc, amfoteryczne środki powierzchniowo czynne mają niską toksyczność, małe podrażnienie oczu i skóry, są tolerancyjne wobec twardej wody i wykazują doskonałą pianę i zgodność z innymi środkami powierzchniowo czynnymi.

Dzięki tej unikalnej charakterystyce amfoterycznych środków powierzchniowo czynnych, zachowują się one różnie w zależności od pH końcowej formulacji – w środowisku kwaśnym, amfoteryki przyjmują bardziej kationową charakterystykę, podczas gdy w środowisku zasadowym, zachowują się bardziej jak jonowe środki powierzchniowo czynne. Ponieważ amfoteryczne do struktury amfoterycznych środków powierzchniowo czynnych, ta klasa cząsteczek są kompatybilne z innymi klasami środków powierzchniowo czynnych.

Wykaz amfoterycznych środków powierzchniowo czynnych

Betainy i tlenki aminy są dwoma z bardziej powszechnie stosowanych amfoterycznych środków powierzchniowo czynnych. Betainy zawierają zarówno grupę anionową, jak i kationową, odpowiednio karboksylan i czwartorzędowy związek amoniowy. Amfoteryczne środki powierzchniowo czynne są uważane za łagodniejsze niż ich anionowe odpowiedniki, takie jak eterowe siarczany alkilowe i dlatego są chętnie stosowane w szamponach jako bezpośredni lub częściowy zamiennik siarczanów. Wynika to z betainy zdolność do zmniejszenia podrażnienia skóry i oczu przypisywane do siarczanów alkilowych.
W podobny sposób, tlenki lauraminy może złagodzić skutki podrażnienia anionowych środków powierzchniowo czynnych. Te środki powierzchniowo czynne mogą zapewnić wysoką pianę i właściwości zagęszczające i jest stabilny w większości zakresów pH, w tym, stabilność w nadtlenku i roztworów podchlorynu. Główne segmenty rynku dla tego produktu obejmują pielęgnację domową, pielęgnację osobistą, ropę naftową & gazową i agrochemię.

Co to jest kationowy środek powierzchniowo czynny?

W przeciwieństwie do anionowych środków powierzchniowo czynnych, kationowe środki powierzchniowo czynne posiadają dodatni ładunek na swojej hydrofilowej grupie głowicowej, co czyni je użytecznymi w produktach antystatycznych, takich jak zmiękczacze tkanin i odżywki do włosów. Dodatnio naładowana polarna grupa głowicowa osadza się na lekko ujemnie naładowanych powierzchniach włosów lub włókien tkanin. Ponadto, pozytywny charakter kationowych środków powierzchniowo czynnych jest znany do pomocy w zakłócaniu błony komórkowej bakterii, co czyni kationowe środki powierzchniowo czynne przydatne jako środki przeciwdrobnoustrojowe i są powszechnie spotykane w twardych powierzchni środki czyszczące i dezynfekujące.
Dla większości preparatów, które obejmują kationowe środki powierzchniowo czynne, kwaśny roztwór jest preferowane, ponieważ będzie to utrzymać dodatni ładunek obecny na kationowej struktury. Podczas opracowywania nowej formuły, ważne jest dla formulatora, aby wiedzieć, które rodzaje środków powierzchniowo czynnych mogą być mieszane ze sobą. Niestety, ze względu na dodatni ładunek kationowych środków powierzchniowo czynnych, najlepiej jest, aby formulator nie łączył kationowych i anionowych środków powierzchniowo czynnych w swojej formulacji, chyba że chce uzyskać goo – lepką lub oślizgłą niejednorodną substancję.

Co to jest anionowy środek powierzchniowo czynny?

Anionowe środki powierzchniowo czynne posiadają ujemny ładunek na swojej hydrofilowej główce, zapewniając w ten sposób doskonałe właściwości detergencyjne ze względu na ich niezwykłą zdolność do wiązania się z dodatnio naładowanymi cząsteczkami, takimi jak brud i oleje, podnosząc i zawieszając te cząsteczki w strukturze przypominającej micelę. Po umieszczeniu w miceli, brud i brud mogą być zmiecione i spłynąć do odpływu za pomocą roztworu wodnego, pozostawiając Twój dom i miejsce pracy spick and span.

Lista anionowych środków powierzchniowo czynnych

Niektóre popularne przykłady anionowych środków powierzchniowo czynnych to siarczany eteru alkilowego, sulfoniany benzylu i estry fosforanowe. Anionowe środki powierzchniowo czynne są znane do piany pod agitacji, ale ta piana nie jest bezpośrednio skorelowane z ich zdolności do czyszczenia, jak anionowe środki powierzchniowo czynne nie są wielkie w usuwaniu lub emulgowania, oleje w porównaniu do ich odpowiedników niejonowych. W szczególności, anionowe środki powierzchniowo czynne, które zawierają cząsteczki estrów fosforanowych są wszechstronnymi produktami, które są skutecznymi środkami sprzęgającymi, fantastycznymi hydrotropami i są stabilne i rozpuszczalne w warunkach alkalicznych. Te środki powierzchniowo czynne są szeroko stosowane jako środki kompatybilizujące w agrochemikaliach, jak również jako inhibitory korozji w przemyśle naftowym i gazowym.

Ogólnie, anionowe środki powierzchniowo czynne są najlepiej stosowane w roztworach alkalicznych, ponieważ niektóre z nich wytrącają się z roztworu, jeśli zostaną protonowane przez kwas. Podczas formułowania, dobrze jest wiedzieć, że wszystkie anionowe środki powierzchniowo czynne są kompatybilne z niejonowymi, pozwalając chemikom na mieszanie i dopasowywanie z bogactwa potencjalnych współśrodków powierzchniowo czynnych. Jednakże, w przypadku „goo” (jak wspomniano wcześniej), najbardziej zalecane jest unikanie mieszania anionów z kationami.

Wybór właściwych typów surfaktantów

Wybór właściwego surfaktantu może wydawać się przytłaczającym zadaniem, kiedy definiuje się zakres formuły lub projektu. Jak wspomniano wcześniej, właściwości tych środków powierzchniowo czynnych mogą być bardzo specyficzne, od szybkiego zwilżania do silnego działania detergentowego, często pozostawiając formulatora z tym, co wydaje się być trudną decyzją do podjęcia w odniesieniu do jego/jej receptury.

Przyjmijmy przykład chemika, który buduje detergent do prania. Wybierając środek powierzchniowo czynny dla swojego produktu, chemik ten może zadać sobie pytanie…

„Czy wybrać środek powierzchniowo czynny o szybkim zwilżaniu lub środek powierzchniowo czynny o silnej detergencji, aby dodać do mojego produktu?”

Na szczęście wiele z tych środków powierzchniowo czynnych jest kompatybilnych ze sobą, co pozwala formulatorowi łączyć środki powierzchniowo czynne z różnych klas, aby stworzyć bardziej wydajny środek piorący. Zgodność nie jest jednak jedyną korzyścią płynącą z zastosowania systemu dwóch środków powierzchniowo czynnych, ponieważ po zmieszaniu ze sobą współśrodki powierzchniowo czynne mogą wzajemnie wzmacniać swoje działanie. To jest powód, dla którego wielu formulatorów i chemików często wybiera zarówno główny środek powierzchniowo czynny, jak i drugorzędny środek powierzchniowo czynny, konstruując mieszaninę, mieszankę lub recepturę.

Używanie głównych środków powierzchniowo czynnych i drugorzędnych środków powierzchniowo czynnych razem

Można porównać tworzenie receptury z użyciem środków powierzchniowo czynnych do budowania drużyny piłkarskiej lub koszykarskiej, która wygrywa mistrzostwa. Jako dyrektor generalny, istnieje kilka ważnych kryteriów, które muszą być spełnione podczas budowania mistrzowskiej drużyny, w tym (1) określenie roli poszczególnych zawodników, (2) kompatybilność między zawodnikami, (3) ogólna chemia w drużynie i (4) koszt każdego zawodnika. Jeśli każde z tych kryteriów może być spełnione, wtedy, jako dyrektor generalny drużyny (czyli chemik stojący za formułą), osiągnąłeś swój cel, którym jest zdobycie mistrzostwa (lub sprzedaż produktu oferentowi, który złożył najwyższą ofertę!). Aby zrozumieć, jak te kryteria wpływają na stabilność i rentowność produktu, przeanalizujemy każdy krok w tym scenariuszu sportowym.

Deciding on the Roles for the Individual Players

Może się to wydawać oczywiste, ale kiedy budujemy mistrzowską drużynę koszykówki, na przykład, łatwo jest powiedzieć, że „cały skład Michaela Jordana będzie działał!”. Ten scenariusz całego 'Jordan-esque' zespołu nigdy nie zadziała w rzeczywistości, ponieważ jego skill-set (podczas gdy bardzo imponujący) nie może spełnić każdej potrzeby zespołu.

Podczas gdy Jordan zdobył większość punktów, kto pomógł z asystami lub zbiórkami? To dlatego Michael potrzebował Scottiego Pippena (i być może dlatego Scottie potrzebował Michaela). Z tych samych powodów, pojedynczy środek powierzchniowo czynny nie może wykonywać wszystkich obowiązków wymaganych od surfaktantów w mieszaninie lub formulacji. Najczęściej chemik wybierze drugorzędny środek powierzchniowo czynny (w tym przypadku Scottie Pippen), aby spełnić słabość głównego środka powierzchniowo czynnego (e. Michael Jordan).

Przyjmijmy nasz przykład detergentu do prania, główny środek powierzchniowo czynny będzie działał jako detergent, służąc w ten sposób głównemu celowi preparatu. Dobrą opcją dla głównego środka powierzchniowo czynnego w tym scenariuszu może być anionowy ze względu na jego silne właściwości detergentowe, które usuwają brud z odzieży. Wtórny środek powierzchniowo czynny będzie obecny, aby zwiększyć wydajność produktu końcowego (w tym przypadku, szybkie zwilżanie tkaniny).

W tej części formuły, niejonowy (HLB ~ 10) byłby dobrym wyborem dla wtórnego środka powierzchniowo czynnego, ponieważ może cząsteczki oleju i brudu z tkaniny, pozwalając głównego środka powierzchniowo czynnego do usuwania gleby. Wtórny środek powierzchniowo czynny w przypadku detergentu do prania jest w stanie wzmocnić funkcję pierwotnego środka powierzchniowo czynnego, ponieważ zwilża powierzchnię zabrudzonego ubrania, przynosząc brud do roztworu prania i wreszcie pozwalając pierwotnemu środkowi powierzchniowo czynnemu emulgować brud z dala od podłoża.

Poprzez połączenie pierwotnego z wtórnym środkiem powierzchniowo czynnym można osiągnąć właściwości preparatu, które nie mogą być zapewnione przez zastosowanie pojedynczego środka powierzchniowo czynnego. See, Jordan really did need Scottie!

Player Compatibility

Whether in sports or in a business setting, it is a necessary component to have your team members be compatible with one another, as strife, disagreements and conflict can disrupt the objective of the group. Zespół działa najlepiej, gdy każda osoba pracuje harmonijnie ze wszystkimi. W piłce nożnej, czy Tom Brady i Bill Belichick mieliby sześć pierścieni Super Bowl (od sierpnia 2019), gdyby nie widzieli się na oczy?

Odpowiedź brzmi stanowcze NIE, ponieważ obaj są zsynchronizowani, a ich zdolności podejmowania decyzji w piłce nożnej doskonale się uzupełniają. Z tego powodu, wybór kompatybilności pomiędzy głównym i drugorzędnym środkiem powierzchniowo czynnym może być tak samo korzystny dla rozwoju produktu. Poniżej znajdują się ogólne wytyczne dotyczące kompatybilności środków powierzchniowo czynnych.

1. Nonionowe środki powierzchniowo czynne są generalnie kompatybilne z anionowymi, kationowymi i amfoterycznymi środkami powierzchniowo czynnymi.
2. Anionowe środki powierzchniowo czynne NIE są kompatybilne z kationowymi (i vice versa).
3. Amfoteryczne środki powierzchniowo czynne są ogólnie kompatybilne z niejonowych, anionowych i kationowych środków powierzchniowo czynnych.

Chemia zespołu

Termin „chemia zespołu” jest często używany do opisania, jak dobrze zespół rozumie i akceptuje swoją rolę w większym zakresie całego zespołu i sportu. Zawodnicy mogą idealnie pasować do swoich ról i dobrze się ze sobą dogadywać (spełniając kryteria 1 i 2), ale z jakiegoś nieprzewidywalnego powodu nie mogą się dobrze zgrać na boisku. Trenerzy mogą pomóc w tej sytuacji poprzez prowadzenie treningów i przekazywanie zawodnikom wieloletniej wiedzy. Jednak jeśli dyrektor generalny nie skonstruował prawidłowo składu, który ma unikalną chemię zespołu, cała grupa przegapi ten mistrzowski pierścień.

Podobnie, pierwszorzędne środki powierzchniowo czynne i drugorzędne środki powierzchniowo czynne muszą być nie tylko kompatybilne ze sobą, ale muszą mieć właściwą „chemię” w składzie, aby promować stabilność produktu, podczas gdy nadal mają optymalne właściwości aplikacji. Na przykład, pierwotne i wtórne środki powierzchniowo czynne, które mają niezwykłą zdolność do emulgowania parafiny, mogą nie być tak użyteczne przy emulgowaniu olejów naftalenowych. Chemik w tym scenariuszu jest jak trener i będzie musiał polegać na swoim doświadczeniu, aby wybrać środki powierzchniowo czynne, które zapewnią najbardziej stabilną i realną opcję podczas opracowywania produktu.

Dodatkowo, praktykowanie mieszanek środków powierzchniowo czynnych i technik mieszania z różnymi środkami powierzchniowo czynnymi, które wahają się w ich wartościach HLB, pomoże w określeniu wyboru pierwotnych, wtórnych i czasami trzeciorzędowych środków powierzchniowo czynnych. Jak to się mówi w sporcie i chemii… praktyka czyni mistrza!

Koszt zawodników

Osiągnięcie pierwszych trzech kryteriów budowania mistrzowskiego zespołu może być kosztowne. Michael Jordan i Tom Brady nie są tani, ale nawet z najdroższymi graczami, mistrzowski zespół potrzebuje uprawy, praktyki i wskazówek. W podobny sposób, wybór najdroższego środka powierzchniowo czynnego nie rozwiąże wszystkich problemów związanych ze stabilnością produktu, jego użytecznością lub możliwością zastosowania na rynku.

Jako amerykański producent środków powierzchniowo czynnych, Oxiteno nie tylko posiada szeroką gamę środków powierzchniowo czynnych do wyboru, ale nasz doświadczony zespół ekspertów jest dostępny, aby poprowadzić Cię w zakresie kosztów produktu, informacji technicznych i kwestii regulacyjnych, z którymi możesz się zetknąć.

Skontaktuj się z nami online już dziś, aby omówić wszelkie Twoje potrzeby związane z formułowaniem produktu. Jesteśmy tu po to, aby pomóc Ci w drodze do Twojego mistrzostwa.