Miseller – yapı, özellikler ve uygulama

Misel yapıları gereği uygulandıkları yüzeyden neredeyse her türlü kiri emerler. Miseller çoğunlukla yüz temizleme kozmetikleri bağlamında anılsa da, çamaşır deterjanları ve bulaşık deterjanları gibi ürünlerin bileşenlerinde de bulunurlar. Misel solüsyonları, çözünmesi zor bileşikleri çözme yetenekleriyle karakterize edilir; bu da çözündürme sürecinin tanımıdır.

Misel yapısı ve özellikleri

Misellerin yapısı, benzersiz fizikokimyasal özelliklerini belirler. Bu bölümde, misellerin nasıl oluştuğunu, nelerden oluştuğunu ve çözeltilerdeki davranışlarını hangi süreçlerin belirlediğini inceleyeceğiz.

Bir kimyagerin gözünden

Misel, miselleşme sürecinin bir sonucu olarak oluşan birleştirici kolloidlerden başka bir şey değildir. Bu süreç, çözünme sonucunda daha büyük kümeler halinde kendi kendine birleşen amfifilik moleküllerin veya iyonların dönüşümünü ifade eder.

Bu nedenle miseller, belirli bir kimyasal bileşik grubu değil, moleküllerinin belirli bir organizasyon biçimidir. Misel oluşumuyla sonuçlanan bu kendiliğinden dönüşüm, molekülleri önemli ölçüde farklı polaritelere sahip iki parçadan oluşan çeşitli organik maddelerin karakteristiğidir.

Bir çözeltideki yüzey aktif madde içeriği, belirli bir birleştirici konsantrasyonunda arttığında, bu karakteristik yapılar oluşmaya başlar. Bu tür dönüşümlerin başlangıç noktasına CMC konsantrasyonu denir.

CMC ne anlama geliyor?

CMC veya kritik miselleşme konsantrasyonu , birikmiş monomerlerin kendi kendine erimesi sonucu misellerin daha büyük kümeler halinde oluşmaya başladığı konsantrasyondur . Bu molekül kümelerinin oluşumuna, fiziksel özelliklerinde de bir değişiklik eşlik eder.

CMC’nin üzerinde, böyle bir molekül grubu, tek tek moleküllerle dengede kalır ve böylece termodinamik olarak kararlı bir form haline gelir. Bu denge, her iki yönde de sürekli ilerleyebildiği için önemli bir geçiş noktasıdır. Örneğin, seyreltme sırasında miseller tekrar parçalanır. CNC konsantrasyonunun altında, yüzey aktif madde molekülleri çözeltide herhangi bir organize yapı olmaksızın serbestçe hareket eder.

Misel fiziksel özellikleri

Çözeltideki yüzey aktif madde konsantrasyonu arttıkça aşağıdaki değişiklikler meydana gelir:

• Yüzey gerilimi,
• Elektriksel iletkenlik,
• Işık saçılma yoğunluğu,
• Viskozite.

Baş ve kuyruk – misel yapısı

Misel yapısı, polarite bakımından önemli ölçüde farklılık gösteren ve aşağıdaki şekilde adlandırılan iki ana bölüme ayrılabilir:

1. Suya karşı yüksek afinitesi olan hidrofilik başlık . Miselin, parçacıkların suyla birleşme eğiliminden sorumlu olan, aynı zamanda yağları iten kısmıdır.
2. Lipofilik kuyruk olarak da bilinen hidrofobik kuyruk ise tam tersi etki gösterir; molekülleri yağlara çeker ve suyu iter.

Hidrofobik alan çoğunlukla hidrokarbon zincirleri, radikallerdir:

• alkil,
• alkilaril,
• florlu hidrokarbon radikalleri.

Hidrofilik alan, iyonojenik gruplar gibi suyla yeterince güçlü etkileşime giren gruplardan oluşur. Eter grupları gibi iyonik olmayan gruplar da misel hidrofilik alanının bir parçasını oluşturabilir, ancak bu genellikle molekülde daha fazla sayıda polar grubun bulunmasını gerektirir.

Miselleştirme işlemi

Maddenin polar olmayan kısmının, örneğin tek bir dağılmış yüzey aktif madde molekülünün alkil zincirinin, suyla temas halinde geniş bir yüzey alanına sahip olması ve birkaç su molekülü arasındaki etkileşimin, zincirde bulunan _–CH2 gruplarıyla etkileşimlerinden çok daha güçlü olması nedeniyle, sistemin entropisi azalır ve su molekülleri alkil zincirinin bulunduğu yerde örgütlenmeye başlar.

Bu, hidrokarbon zincirlerinin sulu fazın içinden bir tür yer değiştirmesine neden olur. Yüzey aktif maddenin konsantrasyonu arttıkça, aralarındaki çarpışma sayısı da artar. Bu aynı zamanda moleküllerin kümeleşme ve kalınlaşma olasılığını da artırır.

Moleküllerin yoğunlaşmasına, serbest entalpide bir azalma eşlik eder. Bu aynı zamanda, sıvı halde polar olmayan kalıntıların polar olmayan bir çekirdekle birleşmesinin sonucudur ve bu çekirdek, polar gruplarla sulu fazdan ayrılır.

Daha önce bahsedilen CMC konsantrasyonuna, yani kritik misel konsantrasyonuna ulaşıldığında, küresel kümeler birikir ve bu kümelerde, tek tek parçacıkların polar grupları sulu faza doğru yönlendirilirken, polar olmayan hidrokarbon zincirleri iç kısmı oluşturur. Bu şekilde oluşan misellere normal misel denir.

Organik çözücülerde, hidrofobik kısmın dışarıda yer aldığı ters misel oluşumu görülebilir.

Yüzey aktif maddelerin türleri ve örnekleri

Misel oluşturmak için kullanılan yüzey aktif madde türü, misellerin yapısı ve işlevselliği üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Aşağıda, misel oluşturan en yaygın yüzey aktif madde türlerini ve örneklerini bulabilirsiniz.

Yüzey aktif iyon örnekleri

Negatif yüklü iyonlar, katyonlar:

• karboksilat,
• sülfat,
• sülfonat,
• fosfat.

Pozitif yüklü iyonlar, katyonlar:

• amonyum,
• fosfonyum.

Yüzey aktif madde türleri

1. İyonik yüzey aktif maddeler
   1. Anyonik, örneğin SDS veya Sodyum dodesilsülfat,
   2. Katyonik, örneğin CTAB veya setil trimetil amonyum bromür,
   3. Amfiyonlar yani amfifilik veya bipolar olarak adlandırılan, hem pozitif yüklü katyonik grup hem de negatif yüklü anyonik grup içeren iyonlar, örneğin Lesitin, yani Fosfatidilosin.
2. Non-iyonik yüzey aktif maddeler, örneğin Polioksietilenler.

Yüzey aktif maddelerin yüzey aktivitesi ve misel yapısı

Yüzey aktif bileşiklerin karakteristiği olan bu parametre, hidrokarbon zincirinde bulunan metilen gruplarının sayısıyla artar.

Zincirin yapısı nedeniyle miseller şu şekilde ayrılabilir:

1. Tek zincirli
   1. Anyonik, örneğin SDS,
   2. Katyonik, örneğin CTAB.
2. Çift zincir
   1. Anyonik, örneğin AOT, yani sodyum bis(2-etilheksil) süksinatsülfonat,
   2. Katyonik, örneğin diheksadesildimetilamonyum bromür.
3. Moleküler, örneğin MGDG, yani monogalaktozil digliserid.

Misel uygulaması

Misellerin kozmetolojiden ilaç endüstrisine ve kimya endüstrisine kadar geniş bir uygulama yelpazesi vardır. Özelliklerinin pratikte kullanıldığı en önemli alanlar hakkında bilgi edinin.

Etkili cilt temizliği

Bu, hem lipofilik hem de hidrofilik partiküllerin varlığı sayesinde mümkündür. Örneğin, misel suyu içeren makyaj temizleyicilerinde hidrofobik partiküller ciltteki sebum ve makyaj kalıntılarına bağlanırken, hidrofilik partiküller toz ve kiri çeker. Bu, çift etkili bir temizleme etkisi sağlayarak gereksiz kurutma veya tahrişe neden olmadan etkili ve kapsamlı bir temizlik sağlar.

Misel ürünleri, nazik etkileri nedeniyle hassas cilt tipleri için bile önerilir. Pamuklu pedlerle ovmaya veya sertçe bastırmaya gerek yoktur ve bu kolloidlerin etkisi, kir üzerindeki bir mıknatısın etkisine benzetilir. Misel içeren sulu solüsyonlar, epidermisin hidrolipit tabakasını bozmaz.

Misel kozmetiklerin formülasyonu

Çok küçük parçacıklar olan misellerin bir diğer avantajı da, kullanılabileceği formülasyonlarda herhangi bir kısıtlama olmamasıdır. En popüler formları olan misel su ile kullanılabileceği gibi, krem ve losyonlarda da kullanılabilirler.

Havlu veya pamuk ped kullanımı gerektirmeyen, sadece cilde masaj yapılarak uygulanıp suyla durulanması gereken yüksek konsantrasyonlu jel formülleri de mevcuttur.

Misel’in üç aşamalı etkisi

1. Hidrofobik kuyruklar sayesinde safsızlıkları çeker ,
2. Yağ ve kir moleküllerini misellerin içine hapseden kapsülleme ,
3. Sulu fazla temas halinde kalan hidrofilik başlıklar aracılığıyla misel içinde sıkışan safsızlıkların uzaklaştırılması .

Misel’in diğer endüstriyel uygulamaları

1. Kozmetikte , ağırlıklı olarak misel sıvılar ve makyaj temizleme losyonları, ayrıca saç derisinin derinlemesine temizliği için misel şampuanlar ve duş jelleri.
2. Eczacılıkta , örneğin, çözünürlüğü sınırlı ilaçları non-iyonik misel solüsyonları şeklinde vücuda vererek aktif maddelerin biyoyararlanımını artırmak.
3. Temizlik ürünleri – yukarıda bahsedilen çözünme süreci, yıkama işleminin fizikokimyasını açıklar. Çözelti formundaki misel kolloidler, yağı sarar, kiri ayırır ve kumaştan uzaklaştırır. İyonik yüzey aktif maddeler kullanıldığında, kir parçacıkları ve yapıştıkları yüzey aynı yükü alarak birbirlerinden ayrılmalarını kolaylaştırır.
4. Fiziksel ve kimyasal prosesler : misel katalizi, kimyasal reaksiyonların inhibisyonu, flotasyon ve yağ geri kazanım prosesleri.