Yüzey aktif maddelerin hangi özellikleri ve işlevleri vardır?
Yüzey aktif maddeler çeşitli kimyasal yapıya sahiptir. Sonuç olarak, bir dizi özellik ile karakterize edilirler ve birçok farklı işleve sahiptirler. Bu maddeler bu nedenle hemen hemen her endüstride kullanılmaktadır. Tek bir yüzey aktif madde genellikle, nihai kullanımını etkileyen birden fazla özelliğe sahiptir. Yüzey aktif madde üretiminde doğru hammadde seçimi anahtardır. Ortaya çıkan yüzey aktif maddelerin parametrelerine ve fizikokimyasal özelliklerine ve dolayısıyla sonraki kullanımlarına karar veren bu aşamadır. Örneğin, çamaşır ve yıkama maddelerinde mükemmel köpük oluşturma ve ıslatma özelliklerine sahip yüzey aktif maddeler kullanılırken, kozmetikler iyi emülsiyonlaştırıcılar olan yüzey aktif maddelerden yararlanır.
Bir sıvı içinde çözündükten veya dağıldıktan sonra, yüzey aktif maddeler faz sınırında adsorbe edilir ve fazlar arası yüzey gerilimini değiştirir. Bu bileşikler aynı zamanda miseller oluşturmalarını sağlayan ortak bir niteliğe de sahiptirler. Yüzey aktif maddeler, alkalilerin ve sert suyun etkilerine karşı direnç ile karakterize edilir.
Suda yüzey aktif madde çözünürlüğü
Yüzey aktif maddeler hidrofilik-hidrofobik yapılarından dolayı birçok farklı çözücüde çözünürler.
İyonik yüzey aktif maddelerin çözünürlüğü, iyonları ayırma ve üretme yeteneklerinden kaynaklanır. Polioksietilen veya polioksipropilen bileşik gruplarına ait iyonik olmayan yüzey aktif maddelerin çözünürlüğü ise su molekülleri ve eter oksijen arasında bir hidrojen bağları ağının oluşmasından kaynaklanır.
Polar bileşiklerde çözünürlük, moleküldeki hidrofilik parçanın varlığından kaynaklanır. Bununla birlikte, hidrokarbon zinciri ne kadar uzun ve daha az dallanmışsa, suda çözünürlük o kadar düşük olur.
Yüzey aktif maddelerin suda çözünürlüğü , yapıları değiştirilerek ayarlanabilir . Çözünürlüğün arttırılması, moleküle bir polioksietilen parçanın eklenmesiyle veya üzerinde misel oluşumuna bağlı olarak çözünürlükte ani bir artışın meydana geldiği belirli bir sıcaklık olan Krafft noktasının aşılmasıyla mümkündür. Bir yüzey aktif maddenin suda çözünürlüğü, yapısına propilen oksit eklenerek azaltılabilir.
Sürfaktan suda çözünürlüğü de doğrudan hidrofilik-lipofilik denge (HLB) değeri ile ilgilidir.
yüzey aktif madde yüzey gerilimi
Yüzey gerilimi, fazlar arası sınıra etki eden kuvvetlerdir . Her bir sıvı için, sıvının temas halinde olduğu sıcaklığa ve ortama büyük ölçüde bağlı olan sabit bir miktar özelliğidir. Yüzey gerilimi, sıvının yüzeyinde ve kütlesinde bulunan moleküller üzerinde etkili olan kuvvetlerin dengesizliğinin bir sonucudur .
Yüzey aktif madde molekülleri, sıvı fazın yüzeyinde adsorbe edilir, kendilerini polar başlarıyla sıvının kütlesine ve hidrofobik kuyruk havaya doğru konumlandırırlar. Moleküllerin bu şekilde düzenlenmesinin bir sonucu olarak, bir sıvının yüzey gerilimi azalır . Daha büyük miktarda bir yüzey aktif madde eklendiğinde, molekülleri kritik misel konsantrasyonu (CMC) aşılana kadar sıvının tüm kütlesi içinde düzensiz bir şekilde dağılır. Moleküller daha sonra kendilerini miseller adı verilen küresel formlarda düzenlemeye başlarlar.
Bir yüzey aktif maddenin bir çözeltideki konsantrasyonu arttığında, yüzey gerilimi belirli bir seviyeye düşer ve konsantrasyondaki sonraki artıştan bağımsız olarak sabit kalır. İyonik olmayan yüzey aktif maddeler, yüzey gerilimini azaltmada en etkili olanlardır.
Yüzey aktif maddeler kullanılırken kritik misel konsantrasyonunun bilinmesi çok önemlidir. Bunun nedeni, belirli bir yüzey aktif madde için bir üründe kullanım için en uygun eşik konsantrasyonunu belirlemesidir.
Yüzey geriliminin ölçülmesini sağlayan yöntemler arasında stalagmometrik yöntem, kılcal yükselme yöntemi ve maksimum kabarcık basıncı yöntemi bulunur.
Yüzey aktif maddelerin köpük üreten özellikleri
Yüzey aktif maddelerin köpük üreten özellikleri, yüzey aktif maddelerin köpük üretme kabiliyetidir. Ölçüleri, belirli koşullar altında yüzey aktif maddeler içeren bir çözeltiden üretilen köpüğün hacmidir. Yüzey aktif maddelerin bu özelliği, kendilerini miseller halinde düzenleme ve hava kabarcıklarını stabilize etme yeteneklerinden kaynaklanmaktadır.
Saf sıvılarda köpürme olayı olmaz. Köpük üretmek için, uygun bir yüzey aktif madde ile bir sıvıya hava veya başka bir gaz verilir. Sürfaktan molekülleri daha sonra sıvı-gaz interfaz sınırında sıralanır. Çözeltideki yüzey aktif madde konsantrasyonu yüksekse, yüzey aktif maddenin molekülleri kendilerini sıvı-gaz faz sınırına dik olarak düzenlerler. Hidrofilik ‘kafalar’ kendilerini sıvının kütlesine doğru konumlandırırken, hidrofobik ‘kuyruklar’ havaya doğru bakar. Sıvı fazdan gaz kabarcıkları salındığında, yüzey aktif madde molekülleri gaz yüzeyinde adsorbe edilerek bir köpük oluşturur.
Yüzey aktif maddelerin köpük oluşturma yeteneği, yüzey aktif maddenin konsantrasyonu ve kimyasal yapısı, çözeltinin pH değeri, çözeltideki diğer bileşenlerin varlığı ve ayrıca su sertliği gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. 12-15 atom uzunluğunda bir alkil zincirine veya 10-12 oksietilen grubu içeren bir polioksietilen zincirine sahip yüzey aktif madde molekülleri, en iyi köpük oluşturma özelliklerine sahiptir. Öte yandan, 10’dan kısa veya 16 karbon atomundan daha uzun bir alkil zincirine sahip yüzey aktif madde molekülleri, en kötü köpük oluşturma özelliklerine sahiptir.
Her yüzey aktif maddenin köpürme kabiliyeti, yapısı değiştirilerek ayarlanabilir . Bir yüzey aktif ajanın molekülüne bir polioksipropilen parçasının eklenmesi, köpürmesini azaltmamızı sağlarken, etilen oksit ilavesi bir yüzey aktif cisminin köpük oluşturma kabiliyetini arttırır.
Yüzey aktif maddelerin köpük oluşturma özellikleri , örneğin mineral yüzdürme, deterjan üretimi ve gıda endüstrisi gibi birçok endüstriyel uygulamada önemli bir rol oynar. Bazı durumlarda köpürme istenmeyen, hatta zararlıdır. Bu fenomen, özellikle tekstil endüstrisinde, endüstriyel yıkama ve çamaşır yıkama işlemlerinde ve otomatik ev yıkama makinelerinde bir engeldir. Yüzey aktif cismin köpürme kabiliyetini ortadan kaldırmak veya sınırlamak için bir köpük önleyici madde ilavesi kullanılabilir (örn. silikon müstahzarları veya belirli iyonik olmayan yüzey aktif maddeler).
Köpük önleyici ajanlara ait yüzey aktif maddeler, 1.5-3 aralığında hidrofilik-lipofilik denge değerine sahiptir. Yüzey aktif maddelerin köpük üretme kabiliyeti test edildiğinde, hacmine ek olarak köpük stabilitesi ve yoğunluğu da değerlendirilir.
Yüzey aktif maddelerin ıslatma özellikleri
Islanabilirlik, yüzey aktif maddelerin diğer bir karakteristik özelliğidir. Moleküllerin bir sıvı ile bir katı arasındaki yüzey gerilimini azaltma ve katı yüzeylerden havayı uzaklaştırma yeteneği sayesinde, sıvı damlacıklarının yüzeydeki sıvılaşması büyük ölçüde artar. Diğer bir deyişle ıslanabilirlik, yüzey aktif madde moleküllerinin ve çözeltilerinin uygulandıkları yüzeyde yayılma yeteneğidir. Bu fenomenin bir sonucu, çözelti ile ıslak yüzey arasında azaltılmış bir enerji bariyeridir . Bu fenomen, belirli bir sürecin etkinliğini ve hızını artıran artan bir temas alanına yol açar.
Saf bir sıvı, yüzey aktif madde ilaveli bir sıvı ile karşılaştırıldığında, her iki damlacık tarafından alınan alanlardaki bir fark açıkça görülebilir.
Yüzey aktif maddelerin ıslatma özellikleri sayesinde tekstiller su ile daha hızlı ıslanabilir ve bu da yıkama sürecini hızlandırır. Bu kalite aynı zamanda agrokimyada (örneğin püskürtülen sıvı ile yaprak yüzeyinin ıslatılması), boya ve vernik endüstrisinde ve inşaat endüstrisinde de kullanılmaktadır.
Bir sıvının katıları ıslatma kabiliyetini tanımlayan miktar, ıslatılan yüzey ile ıslatan damlacık arasındaki açı olan ıslatma açısı Θ’dir. Açı sıfıra eşit olduğunda, belirli bir yüzeyin sıvı damlacık tarafından tamamen ıslanması anlamına gelir. 0° < Θ < 90° açısı kısmen ıslatan sıvılar için karakteristikken, 90° < Θ < 180° açılar kısmen ıslatmayan sıvılar anlamına gelir. Islatma yeteneğinden tamamen yoksun sıvıların ıslatma açısı Θ 180°’dir.
emülsifikasyon
Emülsifikasyon, en az biri sıvı olan, karşılıklı olarak çözünmeyen ve karışmayan iki maddenin bir süspansiyonunun oluşumunu içerir. Bu işlemin bir sonucu olarak, emülsiyon adı verilen heterojen bir dağıtıcı sistem oluşur . Her iki bileşen de sıvıysa, emülsiyon, bir fazın diğerindeki damlacıkların bir süspansiyonudur. Bir sıvı sürekli veya harici fazdır, diğeri ise dağılmış veya dahili fazdır. Ancak böyle bir sistemin kararlı olması için, bir sıvının damlacıklarını çevreleyen, onları diğer fazdan ayıran ve daha büyük agregalar halinde birleşmelerini önleyen bir yüzey aktif madde kullanılması gerekir. Bu, yüzey aktif madde moleküllerinin sıralaması sayesinde gerçekleşir. Kendilerini hidrofilik kafa polar çözücüye ve hidrofobik kuyruk polar olmayan faza doğru olacak şekilde düzenlerler. Sürekli fazın, dağılmış bir polar olmayan yağlı faza sahip polar su olduğu veya tersine – W/O emülsiyonları, yani yağ içinde su olduğu su içinde yağ emülsiyonları bu şekilde oluşur.
Emülsiyon terimi, sıvılardaki gazların veya katıların karışımlarını, sıvılardaki gümüş bileşiklerinin süspansiyonlarını (fotoğraf emülsiyonu olarak adlandırılır) ve yanmalı motorlarda kullanılan karışımları (yakıt-hava emülsiyonu olarak adlandırılır) tanımlamak için kullanılamaz.
Emülgatörün yağlı faza ve sulu faza afinitesi HLB parametresi (hidrofilik-lipofilik denge) ile verilir. Değeri, belirli bir yüzey aktif maddenin yağ içinde su veya su içinde yağ emülsiyonlarını stabilize etmede daha iyi olup olmadığını belirler. HLB değeri 10’dan düşük olan emülgatörler genellikle yağ içinde su emülsiyonlarını stabilize ederken, HLB’si 10’dan büyük olan emülgatörler su içinde yağ emülsiyonlarını stabilize eder.
Bir emülsiyonlaştırma işlemi sırasında, ortaya çıkan emülsiyonların stabilitesi ve bunların şekillenme kolaylığı önemli konulardır. Emülgatörler, amaçlanan işlevleri için yararlı olan bir dizi özelliğe ve uygulamaya sahip olabilir. Emülgatörlerle ilgili gereksinimler arasında şunlar yer alır: interfaz sınırında yüzey geriliminin azaltılması, inversiyon olgusunun önlenmesi, emülsiyon stabilizasyonu ve toksisite veya kokunun olmaması. Genellikle, tek tek emülsiyonlaştırıcılar istenen özelliklerin sadece bir kısmına sahiptir, bu nedenle uygun emülsiyonlaştırıcıların bir karışımı sıklıkla kullanılır.
Emülsiyon oluşturma yeteneği, yüzey aktif maddelerin birçok endüstride kullanılmasını sağlar. Bu fenomenle kozmetik, boya, yapıştırıcı, vernik ve plastik üretebiliyoruz. Ek olarak, yüzey aktif maddeler metalurji, gıda, kaynak çıkarma, yakıt, tekstil, kimya, inşaat ve diğer birçok endüstride emülgatör olarak kullanılır.
deterjan
Deterjan, safsızlığı giderme işlemidir . Kir partiküllerini çevreleyen, polar olmayan kuyruklarla konumlanan, yani hidrokarbon zincirlerinin onlara doğru konumlanmasıyla oluşur. Daha sonra yüzeydeki kiri kırarlar ve onu her taraftan sararak bir misel oluştururlar. Bu şekilde üretilen bir emülsiyon, safsızlıkların giderilmesini kolaylaştırır.
Yüzey aktif maddelerin diğer yüzey aktif maddelerle birleştirildiğinde sinerjistik bir etki gösterdiğine dikkat edin. Sinerjizm, iki veya daha fazla bileşenin etkisinin, ayrı ayrı alınan bireysel etkilerinin toplamından daha büyük olduğu bir olgudur.
