Wolkpunt – definitie, mechanisme en meetmethoden

Het mechanisme van de oplosbaarheid van oppervlakteactieve stoffen in water.

Oplosbaarheid is een fysische eigenschap van chemische verbindingen, die voornamelijk afhangt van het type stof dat wordt opgelost en de oplossing waarin deze wordt opgelost . Het wordt onder andere beïnvloed door de temperatuur van de gebruikte oplossing en de toegepaste druk. Het oplossingsmechanisme varieert afhankelijk van de op te lossen stof en kan verband houden met:

• Dissociatie en ionvorming in het geval van ionische verbindingen,
• De vorming van waterstofbruggen tussen watermoleculen en etherzuurstof in de oxyalkyleengroep in het geval van niet-ionische verbindingen.

Daarnaast zijn er nog enkele verbanden die in overweging moeten worden genomen bij het bestuderen van de oplosbaarheid van oppervlakteactieve stoffen:

• Hoe meer ethergroepen een oppervlakteactieve stofmolecuul bevat, hoe beter deze in water oplost. Dit komt door de toegenomen hydrofiliteit.
• Hoe hoger de temperatuur, hoe lager de oplosbaarheid, waardoor de oplossing troebel wordt.

De temperatuur waarboven twee fasen in de oplossing beginnen te scheiden en de oplossing heterogeen wordt, is het troebelingspunt.

De aanwezigheid van anorganische zouten in water kan het troebelingspunt van oppervlakteactieve oplossingen verlagen.

Hydrotropen, een specifieke groep chemische verbindingen, worden gebruikt om te voorkomen dat het troebelingspunt daalt.

Wat zijn hydrotropen?

Het zijn stoffen die de oplosbaarheid van chemische verbindingen in water kunnen beïnvloeden. Ze worden gekenmerkt door amfifiliciteit, dat wil zeggen dat ze zowel hydrofobe als hydrofiele delen in hun moleculen hebben. Boven een bepaalde concentratie, de hydrotropische concentratie, vormen ze micellen. Hun belangrijkste functie is daarom het voorkomen van neerslag van componenten uit formuleringen die rijk zijn aan oppervlakteactieve stoffen bij lage temperaturen. Ze lijken qua structuur op oppervlakteactieve stoffen, maar hun hydrofobe staart is korter.

Zie de hydrotropische middelen die verkrijgbaar zijn bij de PCC Group.

Vlokvorming en coagulatie

Oppervlakteactieve stoffen in de vorm van micellen hebben, net als alle colloïdale oplossingen onder bepaalde omstandigheden, de neiging om samen te klonteren tot grotere clusters of aggregaten. Coagulatie leidt tot een afname van het grensvlak, waardoor de afzonderlijke fasen zich scheiden. Flocculatie leidt ook tot de vorming van grotere aggregaten, maar deze kunnen zich vrij bewegen in het dispersiemedium. De aard van de elektrische dubbellaag rond de micellen is een bepalende factor in dit proces.

Zie flocculanten in het productassortiment van de PCC Group.

Niet-ionische oppervlakteactieve stoffen

Het verloop van processen die gericht zijn op het produceren van grotere clusters is sterk afhankelijk van het hydratatievermogen van de -OH- of -(CH2CH2O)n-groepen. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de mate van hydratatie af. Dit resulteert in de flocculatie van micellaire oppervlakteactieve oplossingen en de daaropvolgende menging van de fasen met elkaar.

Tijdens dit proces kan een transparante waterfase, praktisch zonder oppervlakteactieve stoffen, en een duidelijk troebele fase met een sterk geconcentreerde colloïdale oplossing van oppervlakteactieve stof worden waargenomen. De troebelheid van de oplossing is daarom een ​​gevolg van de aanwezigheid van grote aggregaten van oppervlakteactieve stoffen, die de verstrooiing van zichtbaar licht dat door de oplossing gaat, veroorzaken. Fasescheiding kan worden waargenomen binnen een bepaald temperatuurbereik, nabij het troebelingspunt.

Mengsels van anionische en kationische oppervlakteactieve stoffen

Het verschijnsel van troebelheid van de oplossing wordt ook waargenomen in mengsels van anionische en kationische oppervlakteactieve stoffen , maar wordt veroorzaakt door andere mechanismen. Afhankelijk van de verhouding tussen de anionische en kationische oppervlakteactieve stoffen in de oplossing, en de aanwezigheid van elektrolyten, kan het systeem een ​​heldere micellaire oplossing zijn of een neerslag-coacervaatsysteem met verschillende onderlinge evenwichten.

Afhankelijk van de samenstelling van het gebruikte mengsel kan de relatie tussen het troebelingspunt en de molaire fractie van een van de componenten worden weergegeven met behulp van een karakteristieke grafiek. Empirische studies hebben aangetoond dat een toenemende fractie anionische oppervlakteactieve stof van ~0,47 tot ~0,51 een daling van het troebelingspunt veroorzaakt. Van ~0,51 tot ~0,57 werd een stijging van het troebelingspunt waargenomen. Over het algemeen kan ook worden gesteld dat de aanwezigheid van elektrolyten in de oplossing een daling van het troebelingspunt veroorzaakt.

Wolkpunt – omkeerbaarheid van de transformatie

Oplossingen van oppervlakteactieve stoffen worden troebel bij verhitting, maar dankzij de omkeerbaarheid van de transformatie worden ze weer helder wanneer ze tot een bepaalde temperatuur worden afgekoeld.

Wat beïnvloedt het wolkpunt?

1. 1. Verontreinigingen: hoe meer verontreinigingen er in de oplossing zitten, hoe lager het troebelingspunt. Extra deeltjes verstoren de structuur en belemmeren de vorming van micellen.
   2. Druk: hoe hoger de druk, hoe hoger het troebelingspunt. Hoge drukken bevorderen de vorming van compactere structuren.
   3. Oplosmiddel,
   4. Oppervlakteactieve stof: voor de meest voorkomende niet-ionische oppervlakteactieve stoffen gelden de volgende relaties:
      1. Chemische structuur – lengte van de hydrofobe keten,
      2. Mate van oxyethylering

Hoe langer de hydrofobe keten en hoe lager de mate van oxyethylering, hoe lager het troebelingspunt.

Methoden voor het bepalen van het troebelingspunt

1. 1. Visuele methoden
      1. Visuele observatie tijdens het geleidelijk opwarmen van de oplossing,
      2. Gebruik van speciale apparaten die gebruikmaken van de techniek van gecontroleerde verwarming,
   2. Spectrofotometrische methoden
      1. Meting van lichtabsorptie of -transmissie, die verandert met de temperatuur.

Betekenis van de puntwolkparameter

• Voedings- en chemische industrie, waaronder het bepalen van de eigenschappen van oppervlakteactieve stoffen.
• Kwaliteitscontrole van brandstoffen en oliën,
• Bepaling van de eigenschappen van materialen, zoals polymeren en vetten,