Surfaktan mempunyai struktur kimia yang berbeza-beza. Akibatnya ia dicirikan oleh rangkaian keseluruhan sifat dan mempunyai banyak fungsi yang berbeza. Oleh itu, bahan-bahan ini digunakan dalam hampir setiap industri. Surfaktan tunggal biasanya mempunyai pelbagai sifat, yang mempengaruhi penggunaan muktamadnya. Pemilihan bahan mentah yang betul adalah kunci dalam pengeluaran surfaktan. Peringkat inilah yang menentukan parameter dan sifat fizikokimia surfaktan yang terhasil, dan oleh itu penggunaannya yang seterusnya. Sebagai contoh, agen dobi dan pencuci menggunakan surfaktan dengan sifat membentuk buih dan membasahkan yang sangat baik, manakala kosmetik menggunakan surfaktan yang merupakan pengemulsi yang baik.
Selepas larut atau tersebar dalam cecair, surfaktan diserap pada sempadan fasa , mengubah tegangan permukaan antara fasa. Sebatian ini juga mempunyai kualiti yang sama yang membolehkan mereka membentuk misel . Surfaktan dicirikan oleh ketahanan terhadap kesan alkali dan air keras.
Keterlarutan surfaktan dalam air
Oleh kerana struktur hidrofilik-hidrofobiknya , surfaktan larut dalam banyak pelarut yang berbeza.
Keterlarutan agen aktif permukaan ionik berpunca daripada kebolehannya untuk mengasingkan dan menghasilkan ion. Keterlarutan surfaktan bukan ionik kepunyaan kumpulan sebatian polioksietilena atau polioksipropilenasi adalah, sebaliknya, disebabkan oleh pembentukan rangkaian ikatan hidrogen antara molekul air dan oksigen eter.
Keterlarutan dalam sebatian polar berpunca daripada kehadiran serpihan hidrofilik dalam molekul. Walau bagaimanapun, semakin panjang dan kurang bercabang rantai hidrokarbon, semakin rendah keterlarutan air.
Keterlarutan air surfaktan boleh diselaraskan dengan mengubah suai strukturnya. Meningkatkan keterlarutan adalah mungkin dengan memasukkan bahagian polioksietilena dalam molekul atau dengan melintasi titik Krafft, iaitu suhu tertentu di atasnya peningkatan mendadak dalam keterlarutan akibat pembentukan misel berlaku. Keterlarutan air bagi agen aktif permukaan boleh dikurangkan dengan memasukkan propilena oksida ke dalam strukturnya.
Keterlarutan air surfaktan juga berkaitan secara langsung dengan nilai keseimbangan hidrofilik-lipofilik (HLB).
Ketegangan permukaan surfaktan
Ketegangan permukaan ialah daya yang bertindak pada sempadan antara fasa . Ia adalah ciri kuantiti tetap untuk setiap cecair individu, sangat bergantung pada suhu dan persekitaran di mana cecair itu bersentuhan. Ketegangan permukaan adalah hasil daripada ketidakseimbangan daya yang bertindak ke atas molekul yang terletak pada permukaan cecair dan dalam pukalnya.
Molekul surfaktan diserap pada permukaan fasa cecair, meletakkan diri mereka dengan kepala kutubnya ke arah sebahagian besar cecair, dan dengan ekor hidrofobik ke arah udara. Hasil daripada susunan molekul sedemikian, tegangan permukaan cecair berkurangan . Apabila jumlah surfaktan yang lebih besar ditambah, molekulnya tersebar dalam keseluruhan sebahagian besar cecair dengan cara yang tidak teratur, sehingga kepekatan misel kritikal (CMC) melebihi. Molekul kemudian mula menyusun diri mereka dalam bentuk sfera yang dipanggil micelles .
Apabila kepekatan surfaktan dalam larutan meningkat, tegangan permukaannya turun ke tahap tertentu dan kekal malar, tanpa mengira sebarang peningkatan kepekatan berikutnya. Agen aktif permukaan bukan ionik adalah yang paling berkesan untuk mengurangkan ketegangan permukaan.
Mengetahui kepekatan misel kritikal adalah sangat penting apabila menggunakan agen aktif permukaan. Ini kerana ia menentukan kepekatan ambang yang paling sesuai untuk digunakan dalam produk untuk surfaktan tertentu.
Kaedah yang membolehkan mengukur tegangan permukaan termasuk kaedah stalagmometrik, kaedah kenaikan kapilari, dan kaedah tekanan gelembung maksimum.
Sifat penghasil buih surfaktan
Sifat penghasil buih surfaktan ialah keupayaan surfaktan menghasilkan buih. Ukuran mereka ialah isipadu buih yang dihasilkan daripada larutan yang mengandungi surfaktan di bawah keadaan tertentu. Sifat agen aktif permukaan ini berpunca daripada keupayaan mereka untuk menyusun diri mereka menjadi misel dan menstabilkan gelembung udara.
Dalam cecair tulen, tiada proses berbuih berlaku. Untuk menghasilkan buih, udara atau gas lain dimasukkan ke dalam cecair dengan surfaktan yang sesuai. Molekul surfaktan kemudiannya dipesan pada sempadan antara fasa cecair-gas. Jika kepekatan surfaktan dalam larutan adalah tinggi, molekul agen aktif permukaan menyusun dirinya secara berserenjang dengan sempadan fasa cecair-gas. ‘Kepala’ hidrofilik meletakkan diri mereka ke arah sebahagian besar cecair, manakala ‘ekor’ hidrofobik menghala ke arah udara. Apabila gelembung gas dibebaskan daripada fasa cecair, molekul surfaktan diserap pada permukaan gas, membentuk buih.
Keupayaan surfaktan membentuk buih bergantung kepada beberapa faktor, seperti kepekatan dan struktur kimia surfaktan, nilai pH larutan, kehadiran bahan lain dalam larutan, serta kekerasan air. Molekul surfaktan dengan rantai alkil 12–15 atom panjang, atau dengan rantai polioksietilena yang mengandungi 10–12 kumpulan oksietilena, mempunyai sifat membentuk buih terbaik. Sebaliknya, molekul surfaktan dengan rantai alkil lebih pendek daripada 10 atau lebih panjang daripada 16 atom karbon mempunyai sifat membentuk buih yang paling teruk.
Keupayaan berbuih setiap surfaktan boleh dilaraskan dengan mengubah suai strukturnya. Memasukkan bahagian polioksipropilena ke dalam molekul agen aktif permukaan membolehkan kita mengurangkan pembuihnya, manakala penambahan etilena oksida meningkatkan keupayaan membentuk buih surfaktan.
Sifat penghasil buih surfaktan memainkan peranan penting dalam banyak aplikasi industri , contohnya pengapungan mineral, pengeluaran detergen, dan dalam industri makanan. Dalam sesetengah kes, berbuih adalah tidak diingini, malah berbahaya. Fenomena ini menjadi penghalang terutamanya dalam industri tekstil, proses pencucian dan pencucian industri, dan dalam mesin basuh rumah automatik. Untuk mengeluarkan atau mengehadkan keupayaan berbuih surfaktan, penambahan agen anti-berbuih boleh digunakan (cth sediaan silikon atau agen aktif permukaan bukan ionik tertentu).
Surfaktan yang tergolong dalam agen anti-buih mempunyai nilai keseimbangan hidrofilik-lipofilik dalam julat 1.5-3. Apabila keupayaan surfaktan menghasilkan buih diuji, kestabilan dan ketumpatan buih dinilai sebagai tambahan kepada isipadunya.
Sifat pembasahan surfaktan
Kebolehbasahan adalah satu lagi kualiti ciri agen aktif permukaan. Terima kasih kepada keupayaan molekul untuk mengurangkan ketegangan permukaan antara cecair dan pepejal, dan untuk mengeluarkan udara dari permukaan pepejal, deliquescence titisan cecair pada permukaan sangat meningkat. Dengan kata lain, kebolehbasahan ialah keupayaan molekul surfaktan dan penyelesaiannya untuk merebak pada permukaan yang digunakan. Hasil daripada fenomena ini ialah penghalang tenaga yang diturunkan antara larutan dan permukaan yang dibasahi. Fenomena ini membawa kepada peningkatan kawasan sentuhan, yang meningkatkan keberkesanan dan kelajuan proses tertentu.
Apabila cecair tulen dibandingkan dengan cecair dengan penambahan surfaktan, perbezaan dalam kawasan yang diambil oleh mana-mana titisan jelas kelihatan.
Terima kasih kepada sifat pembasahan surfaktan, tekstil boleh dibasahi dengan air dengan lebih cepat , yang mempercepatkan proses pencucian. Kualiti ini juga digunakan dalam agrokimia (cth membasahkan permukaan daun oleh cecair yang disembur), dalam industri cat dan varnis, dan dalam industri pembinaan.
Kuantiti yang menerangkan keupayaan cecair untuk membasahkan pepejal ialah sudut pembasahan Θ, iaitu sudut antara permukaan basah dan titisan pembasahan. Apabila sudut sama dengan sifar, ia bermakna jumlah pembasahan permukaan tertentu oleh titisan cecair. Sudut 0° < Θ < 90° adalah ciri untuk cecair separa membasahkan, manakala sudut 90° < Θ < 180° bermaksud cecair separa tidak basah. Cecair yang tidak mempunyai keupayaan membasahkan sepenuhnya mempunyai sudut pembasahan Θ 180°.
Pengemulsian
Pengemulsian melibatkan pembentukan ampaian dua bahan yang saling tidak larut dan tidak bercampur, sekurang-kurangnya satu daripadanya adalah cecair. Hasil daripada proses ini, sistem penyebaran heterogen terbentuk , yang dipanggil emulsi . Jika kedua-dua komponen adalah cecair, emulsi adalah penggantungan titisan satu fasa dalam fasa yang lain. Satu cecair ialah fasa berterusan, atau luaran, yang lain – fasa tersebar atau dalaman. Walau bagaimanapun, untuk sistem sedemikian menjadi stabil, perlu menggunakan surfaktan, yang mengelilingi titisan satu cecair, memisahkannya daripada fasa lain dan menghalangnya daripada bergabung menjadi agregat yang lebih besar. Ini berlaku terima kasih kepada susunan molekul agen aktif permukaan. Mereka menyusun diri mereka dengan kepala hidrofilik ke arah pelarut polar, dan dengan ekor hidrofobik ke arah fasa bukan kutub. Beginilah bagaimana emulsi minyak dalam air terbentuk , di mana fasa berterusan ialah air kutub dengan fasa berminyak bukan kutub yang tersebar, atau sebaliknya – emulsi W/O, iaitu air dalam minyak .
Istilah emulsi tidak boleh digunakan untuk menerangkan campuran gas atau pepejal dalam cecair, ampaian sebatian perak dalam cecair (dipanggil emulsi fotografi), dan campuran yang digunakan dalam enjin pembakaran (dipanggil emulsi bahan api-udara).
Perkaitan pengemulsi kepada fasa berminyak dan fasa akueus diberikan oleh parameter HLB (imbangan hidrofilik-lipofilik). Nilainya menentukan sama ada agen aktif permukaan tertentu lebih baik untuk menstabilkan emulsi air dalam minyak atau minyak dalam air. Pengemulsi dengan HLB lebih rendah daripada 10 biasanya menstabilkan emulsi air dalam minyak, manakala pengemulsi dengan HLB lebih daripada 10 menstabilkan emulsi minyak dalam air.
Semasa proses pengemulsi, kestabilan emulsi yang terhasil dan kemudahan pembentukannya adalah isu penting. Pengemulsi boleh mempunyai beberapa sifat dan aplikasi yang berguna untuk fungsi yang dimaksudkan. Keperluan yang diletakkan pada pengemulsi termasuk: pengurangan tegangan permukaan pada sempadan antara fasa, pencegahan fenomena penyongsangan, penstabilan emulsi, dan kekurangan ketoksikan atau bau. Biasanya, pengemulsi individu hanya mempunyai beberapa sifat yang dikehendaki, jadi campuran pengemulsi yang sesuai sering digunakan.
Keupayaan untuk membentuk emulsi membolehkan surfaktan digunakan dalam banyak industri. Dengan fenomena ini, kami mampu menghasilkan kosmetik, cat, pelekat, varnis dan plastik. Selain itu, surfaktan digunakan sebagai pengemulsi dalam metalurgi, makanan, pengekstrakan sumber, bahan api, tekstil, kimia, pembinaan dan banyak industri lain.
Detergensi
Detergensi ialah proses penyingkiran kekotoran . Ia berlaku dengan penyertaan surfaktan, yang mengelilingi zarah-zarah kotoran, meletakkan kedudukan dengan ekor bukan kutub, iaitu rantai hidrokarbon ke arah mereka. Seterusnya, mereka memecahkan kotoran dari permukaan dan mengelilinginya dari semua sisi, membentuk misel . Emulsi yang dihasilkan menjadikannya mudah untuk menghilangkan kekotoran.
Ambil perhatian bahawa surfaktan mempamerkan kesan sinergistik apabila digabungkan dengan agen aktif permukaan lain. Sinergisme ialah fenomena di mana kesan dua atau lebih komponen adalah lebih besar daripada jumlah kesan individu yang diambil secara berasingan.
