สารลดแรงตึงผิวมีโครงสร้างทางเคมีที่หลากหลาย ด้วยเหตุนี้ จึงมีลักษณะเฉพาะด้วยคุณสมบัติทั้งหมดและมีฟังก์ชันต่างๆ มากมาย สารเหล่านี้จึงถูกใช้ในเกือบทุกอุตสาหกรรม สารลดแรงตึงผิวตัวเดียวมักมีคุณสมบัติหลายอย่าง ซึ่งส่งผลต่อการใช้งานขั้นสุดท้าย การเลือกวัตถุดิบที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญในการผลิตสารลดแรงตึงผิว เป็นขั้นตอนนี้ในการตัดสินใจพารามิเตอร์และคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของสารลดแรงตึงผิวที่เกิดขึ้น และดังนั้นจึงใช้ในภายหลัง ตัวอย่างเช่น น้ำยาซักผ้าและน้ำยาซักผ้าใช้สารลดแรงตึงผิวที่มีคุณสมบัติในการขึ้นรูปโฟมและทำให้เปียกได้ดีเยี่ยม ในขณะที่เครื่องสำอางใช้สารลดแรงตึงผิวที่เป็นอิมัลซิไฟเออร์ที่ดี
หลังจากละลายหรือกระจายตัวในของเหลว สารลดแรงตึงผิวจะ ถูกดูดซับที่ขอบเฟส ซึ่งจะเปลี่ยนแรงตึงผิวระหว่างเฟส สารประกอบเหล่านี้มีคุณสมบัติทั่วไปที่ ช่วยให้สามารถสร้างไมเซลล์ ได้ สารลดแรงตึงผิวมีลักษณะต้านทานต่อผลกระทบของด่างและน้ำกระด้าง
ความสามารถในการละลายของสารลดแรงตึงผิวในน้ำ
เนื่องจาก โครงสร้างที่ชอบน้ำ-ไม่ชอบน้ำ สารลดแรงตึงผิวจึงสามารถละลายได้ในตัวทำละลายต่างๆ
ความสามารถในการ ละลายของสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวไอออนิก เกิดจากความสามารถในการแยกตัวและผลิตไอออน ในทางกลับกัน ความสามารถในการละลายของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่ใช่ไอออนิกที่เป็นของกลุ่มสารประกอบพอลิออกซีเอทิลีนหรือโพลีออกซีโพรพิเลเนตนั้นเกิดจากการก่อตัวของเครือข่ายพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำกับออกซิเจนอีเทอร์
ความสามารถในการละลายในสารประกอบเชิงขั้วเกิดจากการมีอยู่ของชิ้นส่วนที่ชอบน้ำในโมเลกุล อย่างไรก็ตาม ยิ่งสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนแตกแขนงยาวและแตกแขนงน้อยลงเท่าใด ความสามารถในการละลายน้ำก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น
ความสามารถในการ ละลาย น้ำของสารลดแรงตึงผิว สามารถปรับได้ โดยการปรับเปลี่ยนโครงสร้าง การเพิ่มความสามารถในการละลายทำได้โดยการแนะนำมอยอิตีโพลิออกซีเอทิลเลเนตในโมเลกุลหรือโดยการข้ามจุดคราฟต์ ซึ่งเป็นอุณหภูมิเฉพาะที่สูงกว่าซึ่งทำให้ความสามารถในการละลายเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันเนื่องจากการก่อตัวของไมเซลล์ ความสามารถในการละลายน้ำของสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวสามารถลดลงได้โดยการผสมผสานโพรพิลีนออกไซด์เข้ากับโครงสร้าง
ความสามารถในการละลายน้ำของสารลดแรงตึงผิวยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับค่าดุลยภาพที่ชอบน้ำ-ไลโปฟิลิก (HLB)
แรงตึงผิวของสารลดแรงตึงผิว
แรงตึงผิวคือ แรงที่กระทำต่อขอบระหว่างเฟส เป็นลักษณะปริมาณคงที่สำหรับของเหลวแต่ละชนิด ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและสภาพแวดล้อมที่ของเหลวสัมผัสอย่างมาก แรงตึงผิวเป็น ผลมาจากความไม่สมดุลของแรง ที่กระทำต่อโมเลกุลที่อยู่บนพื้นผิวของของเหลวและในปริมาณที่เท่ากัน
โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจะ ถูกดูดซับบนพื้นผิว ของเฟสของเหลว โดยวางตำแหน่งตัวเองด้วยหัวขั้วของพวกมันไปทางส่วนของของเหลว และให้หางที่ไม่ชอบน้ำหันไปในอากาศ อันเป็นผลมาจากการจัดเรียงตัวของโมเลกุล แรงตึงผิว ของของเหลว จะลดลง . เมื่อเติมสารลดแรงตึงผิวจำนวนมากขึ้น โมเลกุลของมันจะกระจายตัวไปในกลุ่มของเหลวทั้งหมดในลักษณะที่ไม่เป็นระเบียบ จนกระทั่งเกิน ความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤต (CMC) จากนั้นโมเลกุลจะเริ่มรวมตัวกันเป็นทรงกลมที่เรียกว่า ไมเซลล์
เมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวในสารละลายเพิ่มขึ้น แรงตึงผิวจะลดลงถึงระดับหนึ่งและคงที่โดยไม่คำนึงถึงการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นในภายหลัง สารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวที่ไม่มีอิออนมีประสิทธิภาพสูงสุดในการลดแรงตึงผิว
การทราบความเข้มข้นของไมเซลล์ที่สำคัญมีความสำคัญมากเมื่อใช้สารออกฤทธิ์บนพื้นผิว เนื่องจากเป็นตัวกำหนดความเข้มข้นของเกณฑ์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับใช้ในผลิตภัณฑ์สำหรับสารลดแรงตึงผิวที่กำหนด
วิธีการที่สามารถวัดแรงตึงผิวได้นั้นรวมถึงวิธี stalagmometric วิธีเพิ่มของเส้นเลือดฝอย และวิธีการแรงดันฟองสูงสุด
คุณสมบัติในการผลิตโฟมของสารลดแรงตึงผิว
คุณสมบัติในการผลิตโฟมของสารลดแรงตึงผิวคือความสามารถของสารลดแรงตึงผิวในการผลิตโฟม การวัดคือปริมาตรของโฟมที่ผลิตจากสารละลายที่มีสารลดแรงตึงผิวภายใต้สภาวะเฉพาะ คุณสมบัติของสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวนี้เกิดจากความสามารถในการจัดเรียงตัวเป็น ไมเซลล์ และทำให้ฟองอากาศคงที่
ในของเหลวบริสุทธิ์จะไม่มีกระบวนการเกิดฟอง เพื่อผลิตโฟม อากาศ หรือก๊าซอื่น ๆ จะถูกนำเข้าสู่ของเหลวที่มีสารลดแรงตึงผิวที่เหมาะสม จากนั้นโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจะได้รับคำสั่งบนขอบเขตระหว่างเฟสระหว่างของเหลวกับแก๊ส ถ้าความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวในสารละลายสูง โมเลกุลของสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวจะจัดเรียงตัวในแนวตั้งฉากกับขอบเขตเฟสของเฟสของเหลวและก๊าซ ‘หัว’ ที่ชอบน้ำจะวางตำแหน่งตัวเองไปทางส่วนของของเหลว ในขณะที่ ‘หาง’ ที่ไม่ชอบน้ำจะชี้ขึ้นไปในอากาศ เมื่อฟองแก๊สถูกปลดปล่อยออกจากเฟสของเหลว โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจะถูกดูดซับบนพื้นผิวของแก๊ส ทำให้เกิดฟอง
ความสามารถของสารลดแรงตึงผิวในการสร้างโฟมขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ความเข้มข้นและโครงสร้างทางเคมีของสารลดแรงตึงผิว ค่า pH ของสารละลาย การมีอยู่ของส่วนผสมอื่นๆ ในสารละลาย ตลอดจนความกระด้างของน้ำ โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวที่มีสายอัลคิลยาว 12–15 อะตอม หรือมีสายพอลิออกซีเอทิลีนที่มีหมู่ออกซีเอทิลีน 10–12 หมู่ มีคุณสมบัติในการขึ้นรูปโฟมได้ดีที่สุด ในทางกลับกัน โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวที่มีสายโซ่อัลคิลสั้นกว่า 10 หรือยาวกว่าอะตอมของคาร์บอน 16 อะตอมมีคุณสมบัติในการก่อโฟมที่แย่ที่สุด
ความสามารถในการเกิดฟองของสารลดแรงตึงผิวทุกชนิดสามารถปรับได้ โดยการปรับเปลี่ยนโครงสร้าง การใส่มอยอิตีพอลิออกซีโพรพิลีนลงในโมเลกุลของสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวช่วยให้เราลดการเกิดฟองได้ ในขณะที่การเติมเอทิลีนออกไซด์จะเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูปโฟมของสารลดแรงตึงผิว
คุณสมบัติในการผลิตโฟมของสารลดแรงตึงผิว มีบทบาทสำคัญ ในการใช้งานในอุตสาหกรรมหลายอย่าง เช่น การลอยตัวของแร่ธาตุ การผลิตสารซักฟอก และในอุตสาหกรรมอาหาร ในบางกรณี การเกิดฟองเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา หรือแม้กระทั่งเป็นอันตราย ปรากฏการณ์นี้เป็นอุปสรรคส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ กระบวนการซักและการฟอกในอุตสาหกรรม และในเครื่องซักผ้าอัตโนมัติสำหรับบ้าน ในการกำจัดหรือจำกัดความสามารถในการเกิดฟองของสารลดแรงตึงผิว คุณสามารถใช้การเติมสารต้านการเกิดฟองได้ (เช่น การเตรียมซิลิโคนหรือสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวที่ไม่ใช่ไอออนิกบางชนิด)
สารลดแรงตึงผิวที่เป็นของสารต้านการเกิดฟองมีค่าสมดุลที่ชอบน้ำและไลโปฟิลิกภายในช่วง 1.5–3 เมื่อทดสอบความสามารถในการผลิตโฟมของสารลดแรงตึงผิว ความเสถียรและความหนาแน่นของโฟมจะถูกประเมินเพิ่มเติมจากปริมาตร
คุณสมบัติการทำให้เปียกของสารลดแรงตึงผิว
ความเปียกชื้นเป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติเฉพาะของสารออกฤทธิ์บนพื้นผิว ด้วย ความสามารถของโมเลกุลในการลดแรงตึงผิว ระหว่างของเหลวกับของแข็ง และการกำจัดอากาศออกจากพื้นผิวที่เป็นของแข็ง การละลายของหยดของเหลวบนพื้นผิวจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความเปียกชื้นคือความสามารถของโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวและสารละลายของพวกมันในการแพร่กระจายบนพื้นผิวที่พวกมันถูกนำไปใช้ ผลของปรากฏการณ์นี้คือ อุปสรรคด้านพลังงานที่ลดลง ระหว่างสารละลายกับพื้นผิวที่เปียก ปรากฏการณ์นี้นำไปสู่พื้นที่สัมผัสที่เพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความเร็วของกระบวนการที่กำหนด
เมื่อเปรียบเทียบของเหลวบริสุทธิ์กับของเหลวที่มีการเติมสารลดแรงตึงผิว จะมองเห็นความแตกต่างของพื้นที่ที่หยดโดยหยดใดก็ได้
ด้วยคุณสมบัติในการทำให้เปียกของสารลดแรงตึงผิว สิ่งทอสามารถ เปียก ด้วยน้ำ ได้เร็วขึ้น ซึ่งช่วยเร่งกระบวนการฟอก คุณภาพนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเกษตร (เช่น การทำให้พื้นผิวใบเปียกด้วยของเหลวที่ฉีดพ่น) ในอุตสาหกรรมสีและน้ำยาเคลือบเงา และในอุตสาหกรรมก่อสร้าง
ปริมาณที่อธิบายความสามารถของของเหลวต่อของแข็งเปียกคือมุมการทำให้เปียก Θ ซึ่งเป็นมุมระหว่างพื้นผิวที่เปียกและหยดน้ำที่เปียก เมื่อมุมมีค่าเท่ากับศูนย์ หมายความว่าการเปียกทั้งหมดของพื้นผิวที่กำหนดโดยหยดของเหลว มุม 0° < Θ < 90° เป็นคุณลักษณะเฉพาะสำหรับของเหลวที่ทำให้เปียกบางส่วน ในขณะที่มุม 90° < Θ < 180° หมายถึงของเหลวที่ไม่เปียกบางส่วน ของเหลวที่ปราศจากความสามารถในการทำให้เปียกอย่างสมบูรณ์มีมุมการทำให้เปียก Θ ที่ 180°
อิมัลซิฟิเคชั่น
การทำให้เป็นอิมัลชันเกี่ยวข้องกับการ ก่อตัวของสารแขวนลอย ของสารสองชนิดที่ไม่ละลายน้ำและไม่สามารถผสมกันได้ ซึ่งอย่างน้อยหนึ่งในนั้นคือของเหลว อันเป็นผลมาจากกระบวนการนี้ ระบบการกระจัดกระจายที่ ต่างกัน จึงถูกสร้างขึ้น ซึ่งเรียกว่า อิมัลชัน . หากส่วนประกอบทั้งสองเป็นของเหลว อิมัลชันจะเป็นสารแขวนลอยของหยดหนึ่งเฟสในอีกเฟสหนึ่ง ของเหลวหนึ่งคือเฟสต่อเนื่องหรือเฟสภายนอก อีกเฟสหนึ่งคือเฟสที่แยกย้ายกันไปหรือภายใน อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ระบบดังกล่าวมีความเสถียร จำเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิวซึ่งล้อมรอบหยดน้ำของของเหลวหนึ่ง แยกพวกมันออกจากเฟสอื่นและป้องกันไม่ให้รวมกันเป็นมวลรวมที่ใหญ่ขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ด้วยการจัดลำดับโมเลกุลของสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิว พวกเขาจัดเรียงตัวเองด้วยหัวที่ชอบน้ำไปทางตัวทำละลายขั้วโลกและด้วยหางที่ไม่ชอบน้ำไปสู่เฟสที่ไม่มีขั้ว นี่คือลักษณะ ที่อิมัลชันของน้ำมันในน้ำก่อ ตัว โดยที่เฟสต่อเนื่องคือน้ำโพลาร์ที่มีเฟสของน้ำมันที่ไม่มีขั้วกระจายตัว หรือในทางกลับกัน – อิมัลชัน W/O เช่น น้ำในน้ำมัน
คำว่า อิมัลชัน ไม่สามารถใช้อธิบายของผสมของก๊าซหรือของแข็งในของเหลว สารแขวนลอยของสารประกอบเงินในของเหลว (เรียกว่า อิมัลชันภาพถ่าย) และของผสมที่ใช้ในเครื่องยนต์สันดาป (เรียกว่า อิมัลชันเชื้อเพลิงและอากาศ)
ความสัมพันธ์ของอิมัลซิไฟเออร์กับวัฏภาคที่มีน้ำมันและวัฏภาคที่เป็นน้ำถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ HLB (สมดุลที่ชอบน้ำ-ไลโปฟิลิก) ค่าของมันกำหนดว่าสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวจำเพาะนั้นดีกว่าในการรักษาเสถียรภาพของอิมัลชันน้ำในน้ำมันหรือน้ำมันในน้ำ อิมัลซิไฟเออร์ที่มี HLB ต่ำกว่า 10 มักจะทำให้อิมัลชันที่เป็นน้ำในน้ำมันมีความคงตัว ในขณะที่อิมัลซิไฟเออร์ที่มี HLB มากกว่า 10 จะทำให้อิมัลชันในน้ำมันมีความคงตัว
ในระหว่างกระบวนการอิมัลซิฟิเคชั่น ความคงตัวของอิมัลชันที่ได้และความง่ายในการขึ้นรูปเป็นปัญหาสำคัญ อิมัลซิไฟเออร์สามารถมีคุณสมบัติและการใช้งานหลายอย่างที่เป็นประโยชน์สำหรับการทำงานที่ต้องการ ข้อกำหนดเกี่ยวกับอิมัลซิไฟเออร์ ได้แก่ การลดแรงตึงผิวที่ขอบระหว่างเฟส การป้องกันปรากฏการณ์ผกผัน การทำให้อิมัลชันคงตัว และการขาดความเป็นพิษหรือกลิ่น โดยปกติ อิมัลซิไฟเออร์แต่ละชนิดมีคุณสมบัติตามที่ต้องการเท่านั้น ดังนั้นจึงมักใช้ส่วนผสมของอิมัลซิไฟเออร์ที่เหมาะสม
ความสามารถในการสร้างอิมัลชันช่วยให้สามารถใช้สารลดแรงตึงผิวได้ในหลายอุตสาหกรรม ด้วยปรากฏการณ์นี้ เราจึงสามารถผลิตเครื่องสำอาง สี กาว วาร์นิช และพลาสติกได้ นอกจากนี้ สารลดแรงตึงผิวยังใช้เป็นอิมัลซิไฟเออร์ในอุตสาหกรรมโลหะ อาหาร การสกัดทรัพยากร เชื้อเพลิง สิ่งทอ เคมี การก่อสร้าง และอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมากมาย
ผงซักฟอก
ผงซักฟอกเป็น กระบวนการกำจัดสิ่งเจือปน มันเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของสารลดแรงตึงผิวซึ่งล้อมรอบอนุภาคสิ่งสกปรกโดยวางตำแหน่งด้วยหางที่ไม่มีขั้วเช่นโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่มีต่อพวกมัน ถัดไป พวกมันจะขจัดสิ่งสกปรกออกจากพื้นผิวและล้อมรอบมันจากทุกด้าน เกิดเป็น ไมเซลล์ อิมัลชันที่ผลิตขึ้นทำให้ง่ายต่อการขจัดสิ่งสกปรก
โปรดทราบว่าสารลดแรงตึงผิว มีผลเสริมฤทธิ์กัน เมื่อรวมกับสารออกฤทธิ์บนพื้นผิวอื่นๆ การทำงานร่วมกันเป็นปรากฏการณ์ที่ผลกระทบขององค์ประกอบสองอย่างหรือมากกว่านั้นมากกว่าผลรวมของเอฟเฟกต์แต่ละอย่างแยกกัน
