สารลดแรงตึงผิวที่ไม่ใช่ไอออนิก

สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ – ลักษณะและคุณสมบัติ

สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มสารประกอบลดแรงตึงผิวขนาดใหญ่ที่เรียกว่าสารลดแรงตึงผิว ลักษณะเด่นของสารกลุ่มนี้คือโครงสร้างแอมฟิฟิลิกที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติและการใช้งานทั้งหมดของสารกลุ่มนี้ สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุประกอบด้วยสารเคมีสังเคราะห์จำนวนมากที่มีประเภทและโครงสร้างหลากหลาย สารกลุ่มนี้ไม่แตกตัวเมื่อละลายในน้ำ และมีคุณสมบัติที่หลากหลายมาก ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนสมดุลระหว่างส่วนที่ชอบน้ำและส่วนที่ชอบไขมัน (HLB)

คุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ:

• มีคุณสมบัติในการผสมให้เป็นเนื้อเดียวกันได้ดี
• ความสามารถในการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางรีโอโลยี
• ละลายน้ำได้ดี
• ส่วนใหญ่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
• สามารถใช้ร่วมกับสารลดแรงตึงผิวชนิดอื่นๆ ได้
• มีเสถียรภาพทางเคมีสูง

ตัวอย่างของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน – การจำแนกประเภททางเคมี

กลุ่มทางเคมีที่สำคัญของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน ได้แก่:

• แอลกอฮอล์ไขมันอีทอกซีเลเตด

สารเหล่านี้เป็นกลุ่มสารประกอบที่ไม่มีประจุไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติเป็นสารลดแรงตึงผิวที่ใหญ่ที่สุด เกิดจากการทำปฏิกิริยาเอทอกซิเลชันของแอลกอฮอล์ไขมันกับเอทิลีนออกไซด์ สูตรทั่วไปของสารประกอบเหล่านี้คือ R-(OCH₂CH₂)_n-OH โดยที่ R แทนสายโซ่แอลคิลของกรดไขมัน และ n แทนจำนวนหน่วยของเอทิลีนออกไซด์ ความยาวของสายโซ่แอลคิลของกรดไขมันและระดับของการทำปฏิกิริยาเอทอกซิเลชันจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติและการใช้งานเฉพาะของเอทอกซิเลตแอลกอฮอล์ไขมันแต่ละชนิด ตัวอย่างของสารลดแรงตึงผิวชนิดหนึ่งคือ อนุพันธ์ของโพลี(แอลคิลีนออกไซด์) ของแอลกอฮอล์สังเคราะห์ (ROKAnol NL8P4)

• อนุพันธ์เอสเทอร์

อนุพันธ์เอสเทอร์เป็นสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่แตกตัวเป็นไอออนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลาย ประกอบด้วยเอสเทอร์ของน้ำตาล ซอร์บิแทน และกลีเซอรอล มักได้มาจากทรัพยากรธรรมชาติที่หมุนเวียนได้ เช่น น้ำมันพืช ทำหน้าที่เป็นสารทำความสะอาดอเนกประสงค์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง กลุ่มผลิตภัณฑ์ของ PCC Group ประกอบด้วย ROKwinol 60 ซึ่งเป็นซอร์บิแทนโมโนสเตียเรตที่ผ่านการเอทอกซิเลชัน เป็นต้น

• อนุพันธ์ของอะมิน

สารประกอบทางเคมีบางชนิดที่เป็นอนุพันธ์ของเอมีนยังคงมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าในช่วง pH ที่กว้าง ได้แก่ เอมีนไขมันและอัลคาโนลาไมด์ เป็นต้น ดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้ในการสังเคราะห์สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ โดยส่วนใหญ่จะทำปฏิกิริยากับเอทิลีนออกไซด์ สารเหล่านี้มีคุณสมบัติในการเปียกที่ดี สามารถใช้เป็นสารทำให้คงตัวและสารทำให้เกิดอิมัลชันได้ ตัวอย่างของสารดังกล่าวคือ เอทอกซิเลเต็ด C16-18 อัลคิลเอมีน (ROKAmin SR15)

• โคพอลิเมอร์แบบบล็อก

โคพอลิเมอร์แบบบล็อกประกอบด้วยส่วนยาวในสายโซ่หลักที่ประกอบด้วยโมโนเมอร์ชนิดใดชนิดหนึ่ง เมื่อเอทิลีนออกไซด์และโพรพิลีนออกไซด์เกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันร่วมกัน จะเกิดโคพอลิเมอร์แบบบล็อก EO/PO ขึ้น โคพอลิเมอร์เหล่านี้มีคุณสมบัติในการปรับสภาพพื้นผิว การทำให้เป็นอิมัลชัน และการละลายที่ดีมาก ในกรณีของโคพอลิเมอร์ อัตราส่วนของ EO ต่อ PO ในโมเลกุลมีความสำคัญ เนื่องจากเป็นตัวกำหนดพฤติกรรมในผลิตภัณฑ์ กลุ่มผลิตภัณฑ์ของ PCC ยังรวมถึงสารลดแรงตึงผิวที่ไม่เป็นไอออนิกซึ่งเป็นโคพอลิเมอร์แบบบล็อก เช่น EXOmer L64 ด้วย

วิธีการเลือกสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ?

การเลือกใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุนั้นขึ้นอยู่กับความรู้ทางเคมีและข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์นั้นๆ เกณฑ์ที่สำคัญที่สุดในการเลือก ได้แก่:

ค่า HLB

ค่า สมดุลระหว่างส่วนที่ชอบน้ำและส่วนที่ชอบไขมัน (HLB) เป็นพารามิเตอร์สำคัญในการวัดความแข็งแรงสัมพัทธ์ของส่วนที่ชอบน้ำและส่วนที่ชอบไขมันของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ สารที่มีค่า HLB ไม่เกิน 3 มีคุณสมบัติป้องกันการเกิดฟอง ค่า HLB 7 ถึง 9 บ่งชี้ถึงคุณสมบัติการเปียกที่ดีมาก ในขณะที่ค่าใกล้เคียง 18 เป็นลักษณะเฉพาะของสารซักฟอกและสารละลาย

จุดเมฆ

หมายถึง อุณหภูมิ ที่สารละลายของสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุเปลี่ยนจากใสเป็นขุ่นเมื่อได้รับความร้อน จุดนี้มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความยาวของสายโซ่โพลีออกซีเอทิลีน (EO) ในโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิว สายโซ่ EO ที่ยาวขึ้นจะทำให้จุดขุ่นสูงขึ้น เนื่องจากจะทำให้โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวมีคุณสมบัติชอบน้ำมากขึ้น

จุดเยือกแข็ง

หมายถึงอุณหภูมิที่สารเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของแข็ง ในกรณีของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ จุดเยือกแข็งจะเป็นตัวกำหนดความลื่นไหลและความง่ายในการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ โดยทั่วไป สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุซึ่งมีค่าเอทิลีนออกไซด์ (EO) ต่ำ หรือมีโครงสร้างแอลกอฮอล์แบบแตกแขนง จะมีจุดไหลต่ำกว่า โดยปกติจะต่ำกว่า -10°C ทำให้สามารถคงความลื่นไหลได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ ช่วยให้การแปรรูปด้วยความเย็นทำได้ง่ายขึ้น

สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ เมื่อเปรียบเทียบกับสารลดแรงตึงผิวชนิดอื่นๆ

สารลดแรงตึงผิวมีขอบเขตการออกฤทธิ์ที่กว้างมาก เนื่องจากมีโครงสร้างทางเคมีที่แตกต่างกัน จึงส่งผลให้คุณสมบัติและขอบเขตการใช้งานแตกต่างกันไปด้วย

สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ (Non-ionic surfactants) คือสารลดแรงตึงผิวที่ไม่ก่อให้เกิดไอออนในสารละลายน้ำ ในแง่นี้จึงแตกต่างจากสารลดแรงตึงผิวชนิดประจุบวก ประจุลบ และแอมโฟเทอริก ซึ่งมีประจุบวกหรือลบ สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุมีความเสถียรสูงและทนต่อความกระด้างของน้ำได้ดี – ไม่เกิดฟองมากเกินไป โดยส่วนใหญ่ใช้ในผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์อ่อน และเข้ากันได้ดีกับสารลดแรงตึงผิวชนิดอื่นในสูตรผสม

ในทางกลับกัน สารซักฟอกประจุลบนั้นมีต้นทุนการผลิตค่อนข้างต่ำและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ มีคุณสมบัติในการเกิดฟองมากและประสิทธิภาพในการทำความสะอาดที่ดี ในขณะเดียวกันก็อาจก่อให้เกิดการระคายเคืองได้ ซึ่งเป็นเหตุผลที่มักหลีกเลี่ยงการใช้ในเครื่องสำอางสำหรับเด็ก เป็นต้น

สารลดแรงตึงผิวประจุบวกมีความสำคัญน้อยกว่าในอุตสาหกรรม แต่ยังคงเป็นส่วนประกอบที่มีคุณค่า ใน ผลิตภัณฑ์บำรุงผิวและผงซักฟอก เป็นต้น ข้อดีหลักของสารลดแรงตึงผิวประจุบวกคือคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อโรคและการยึดเกาะกับพื้นผิวได้ดี อย่างไรก็ตาม สารลดแรงตึงผิวประจุบวกอ่อนโยนต่อผิวมากกว่าสารลดแรงตึงผิวประจุลบ

สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริก เนื่องจากมีต้นทุนการผลิตสูง จึงมักใช้ในผลิตภัณฑ์เฉพาะทางเป็นส่วนใหญ่ สารเหล่านี้อ่อนโยนต่อผิวมาก และเมื่อผสมกับสารลดแรงตึงผิวชนิดอื่น จะช่วยลดผลข้างเคียงที่ก่อให้เกิดการระคายเคืองได้

มาตรฐานความปลอดภัยในเทคโนโลยีสารลดแรงตึงผิว

การจำหน่ายสารเคมี เช่น สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ หรือการนำสารเหล่านี้ไปใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมและห้องปฏิบัติการ จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎหมายและข้อบังคับอย่างเคร่งครัด

ระเบียบ REACH และ CLP เป็นรากฐานสำคัญของความปลอดภัยทางเคมี ระเบียบเหล่านี้ควบคุมการขึ้นทะเบียน การจำหน่าย และการติดฉลากของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่เป็นไอออนิกที่ผลิตขึ้น โดยกำหนดข้อมูลที่ต้องระบุไว้ในเอกสารข้อมูลความปลอดภัยอย่างเข้มงวด รวมถึงรายละเอียดเกี่ยวกับความเป็นพิษ การเสื่อมสภาพ และความเสี่ยงจากการสัมผัส นอกจากนี้ ระเบียบ CLP ยังกำหนดให้ต้องใช้สัญลักษณ์ภาพ ซึ่งมีความสำคัญเนื่องจากการใช้สารลดแรงตึงผิวที่ไม่เป็นไอออนิกบางชนิดถูกจำกัดเนื่องจากผลกระทบของสารเหล่านั้น เช่น การรบกวนระบบต่อมไร้ท่อ

การใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุในเครื่องสำอางหรืออาหาร จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์มีความบริสุทธิ์สูง กล่าวคือ ต้องไม่มีสารตกค้าง เช่น เอทิลีนออกไซด์ ส่วนผสมแต่ละชนิดต้องมีชื่อที่สอดคล้องกับ ระบบ INCI สากล และสารลดแรงตึงผิวที่ใช้เป็นอิมัลซิไฟเออร์ในอาหารต้องอยู่ในรายชื่อสารเติมแต่งที่ได้รับอนุญาตด้วย

ขอบเขตการใช้งานที่สำคัญของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่เป็นไอออน

ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง

สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางสำหรับการผลิตสูตรสำเร็จรูป มีคุณสมบัติในการทำความสะอาดที่ดีและอ่อนโยนต่อผิว เป็นส่วนประกอบสำคัญในการผลิตเครื่องสำอางบำรุงผิวและทำความสะอาด ส่วนใหญ่มักทำหน้าที่เป็นอิมัลซิไฟเออร์ ช่วยผสมสารที่ไม่ละลายในน้ำ เช่น น้ำมันและไขมัน ทำให้ผลิตภัณฑ์มีเนื้อเนียนสม่ำเสมอ สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุบางชนิดยังทำหน้าที่เป็นสารปรับสภาพผิวและสารให้ความชุ่มชื้นในเครื่องสำอางทำความสะอาดและบำรุงผิวอีกด้วย

น้ำหอม

สารช่วยละลาย เช่น สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ สามารถเป็นส่วนประกอบในน้ำหอมได้ การช่วยละลายช่วยให้สารที่ไม่ละลายหรือละลายได้ยากในน้ำ เช่น น้ำหอม สารสกัดจากพืช วิตามิน และสารที่มีลักษณะเป็นน้ำมัน สามารถละลายในสารละลายน้ำและสารละลายน้ำ-แอลกอฮอล์ได้ คุณสมบัติในการช่วยละลายของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุไม่ได้ใช้เฉพาะในน้ำหอมเท่านั้น แต่ยังใช้ในเครื่องสำอางบางชนิดด้วย

อุตสาหกรรมเหมืองแร่

สารประกอบพื้นผิวกลุ่มนี้สามารถนำมาใช้เป็นส่วนประกอบในน้ำมันไฮดรอลิก HFA ที่มีคุณสมบัติหน่วงไฟได้ นอกจากนี้ยังใช้ในน้ำมันสำหรับงานกลึงและทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มการหล่อลื่นอีกด้วย

ผลิตภัณฑ์ป้องกันพืช

คุณสมบัติในการทำให้เกิดอิมัลชันที่ดีเยี่ยมของสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ ทำให้มีการนำไปใช้ในสูตรยาฆ่าแมลง สารเหล่านี้ช่วยในการผสมและรักษาเสถียรภาพของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป การเติมสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุลงในผลิตภัณฑ์ป้องกันพืช ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติในการใช้งาน เช่น การยึดเกาะและความสามารถในการเปียกของพื้นผิวพืช

อุตสาหกรรมฟอกหนัง

สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุบางชนิดเป็นสารเติมแต่งในกระบวนการฟอกหนัง ช่วยให้หนังนุ่มขึ้น และยังช่วยปรับปรุงคุณค่าในการแปรรูปและความแข็งแรงของวัตถุดิบ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้เป็นสารซักล้าง นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการแทรกซึมเข้าสู่เส้นใยต่างๆ ได้ดี

การผลิตสี

สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมสีและวานิชเนื่องจากมีคุณสมบัติในการทำให้เกิดอิมัลชันที่ดีมาก ช่วยในการสร้างอิมัลชันที่เสถียรและช่วยในการกระจายตัวของสี สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุบางชนิดยังสามารถยืดระยะเวลาการใช้งานของสีได้ นอกจากนี้ยังส่งผลต่อพฤติกรรมของสีในระหว่างการใช้งาน ทำให้ทาได้ง่ายขึ้นและกระจายตัวได้ดีขึ้น

อุตสาหกรรมเคมี

วัตถุดิบในรูปของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนสามารถใช้เป็นสารตัวกลางในการสังเคราะห์ทางเคมีได้ เนื่องจากคุณสมบัติความเป็นด่างของสารประกอบบางชนิด จึงใช้ในการทำให้สารที่เป็นกรดเป็นกลางและควบคุมค่า pH คุณสมบัตินี้ถูกนำไปใช้ในการผลิตน้ำมันหล่อลื่นสำหรับงานโลหะ ผงซักฟอก น้ำยาซักผ้า สารทำความสะอาด และสารเคมีสำหรับยานยนต์ เป็นต้น