Mikä on pinta-aktiivinen aine?

Pinta-aktiivinen aine, jota kutsutaan myös pinta-aktiiviseksi aineeksi tai pinta-aktiiviseksi aineeksi, on kemiallinen aine, joka pystyy vähentämään nesteen pintajännitystä, mikä parantaa sen kykyä levitä suuremmalle pinta-alalle . He tekevät tämän luomalla molekyylikerroksen nesteen pinnalle tai kahden nesteen rajapinnalle.

Pintajännitystä alentavan kyvystään johtuen pinta-aktiiviset aineet helpottavat nestefaasin dispergoitumista toiseen, johon se ei sekoitu. Tämän seurauksena ne mahdollistavat emulsioiden muodostumisen ja stabiloinnin kahden nesteen välillä, minkä vuoksi niitä kutsutaan myös emulgointiaineiksi.

Pinta-aktiivisten aineiden rakenne

Pinta-aktiivisille aineille on tunnusomaista, että ne ovat amfifiilisiä molekyylejä, mikä tarkoittaa, että yksi molekyylin osa on hydrofiilinen (sillä on affiniteetti veteen), kun taas toinen on hydrofobinen tai lipofiilinen (sillä on affiniteetti rasvoja kohtaan).

napainen pää

Molekyylin hydrofiilinen osa sisältää aina yhden tai useamman polaarisen funktionaalisen ryhmän, joka on keskittynyt suhteellisen pieneen osaan molekyyliä, jota usein kutsutaan polaariseksi pääksi.

Polaarinen pää pystyy aina muodostamaan yhden tai useamman vetysidoksen veden ja muiden vastaavien polaaristen proottisten liuottimien kanssa.

Joissakin tapauksissa polaarisessa päässä on neutraaleja polaarisia funktionaalisia ryhmiä, kuten hydroksyyliryhmiä, karboksyylihappoestereitä, eettereitä tai niiden yhdistelmää. Toisissa se sisältää ionisoituvia ryhmiä, kuten karboksylaatteja ja jopa epäorgaanisia happoestereitä, kuten rikkihappoa (sulfaatteja) ja fosforihappoa (fosfaatteja), jotka ovat ionisoituneita. Joissakin napapäissä on myös ryhmiä kvaternaaristen amiinien (ammoniumkationien) kanssa.

hydrofobinen häntä

Molekyylin hydrofobinen tai lipofiilinen osa koostuu yleensä pitkästä hiilivetyketjusta, joka voi sisältää tai ei sisällä tyydyttymättömyyttä, koska se voi sisältää tai ei voi sisältää aromaattisia ryhmiä ja muita ei-polaarisia orgaanisia funktionaalisia ryhmiä.

Koska ne ovat pitkiä ei-polaarisia hiiliketjuja, tätä molekyylin osaa kutsutaan usein polaarittomaksi hännäksi.

Kuinka pinta-aktiiviset aineet toimivat

Kuten edellä mainittiin, pinta-aktiiviset aineet toimivat jakamalla rajapinnassa nesteen (yleensä vesi) ja toisen faasin, joka voi olla polaariton neste, kuten öljy, tai kaasu, kuten ilma, välillä. Tämä vähentää pintajännitystä rajapinnassa, mikä helpottaa molempien faasien sekoittumista ja emulsion muodostumista. Jos faasit ovat vesi ja öljy, emulsio voidaan muodostaa kahdella eri tavalla:

• Öljyfaasi dispergoidaan pisaroiden muodossa vesipitoiseen matriisiin, jolloin on olemassa öljy vedessä -emulsio (kuten tapahtuu esimerkiksi majoneesissa).
• Vesifaasi dispergoidaan öljymatriisiin, jolloin sinulla on vesi öljyssä -emulsio (kuten voin tapauksessa).

Tapa, jolla pinta-aktiiviset aineet helpottavat jommankumman näistä kahdesta emulsiotyypistä muodostumista, on periaatteessa sama. Emulgointiainemolekyylit jakautuvat veden ja öljyn väliseen rajapintaan ja jakautuvat siten, että hydrofiilinen polaarinen pää liukenee vesifaasiin, kun taas lipofiilinen häntä liukenee öljyyn.

Jos vettä on enemmän kuin öljyä, muodostuu pieniä pinta-aktiivisella aineella päällystettyjä öljypisaroita, joiden napapäät osoittavat ulospäin.

Jos päinvastoin öljyä on enemmän, tapahtuu päinvastoin: muodostuu pieniä pinta-aktiivisten aineiden molekyyleillä päällystettyjä vesipisaroita, joiden apolaariset hännät osoittavat ulospäin.

Pinta-aktiivisten aineiden tyypit

Pinta-aktiiviset aineet luokitellaan neljään ryhmään polaaripään ominaisuuksien perusteella: ionittomat, anioniset, kationiset ja switerioniset tai amfoteeriset pinta-aktiiviset aineet.

Ei-ioniset pinta-aktiiviset aineet

Ne ovat sellaisia, joiden polaarinen pää ei sisällä ionisoituvia polaarisia ryhmiä, kuten hydroksyyliryhmiä alkoholeissa, esteriryhmissä ja eettereissä.

anioniset pinta-aktiiviset aineet

Ne sisältävät happoryhmiä tai niiden emäksisiä suoloja, jotka dissosioituvat veteen liuotettuina muodostaen negatiivisesti varautuneen ionin tai anionin. Nämä varautuneet ryhmät ovat vahvasti hydrofiilisiä (ja siksi voimakkaasti lipofobisia), koska ne voivat ottaa vastaan ​​useita vetysidoksia vedestä ja olla vuorovaikutuksessa ionidipolivoimien kautta veden ja minkä tahansa muun polaarisen liuottimen kanssa.

Rasvojen saippuoimalla valmistetut saippuat ovat esimerkkejä näistä pinta-aktiivisista aineista.

Kationiset pinta-aktiiviset aineet

Ne ovat anionisten pinta-aktiivisten aineiden vastakohta. Tässä tapauksessa napapäällä on positiivinen varaus (eli se on kationi). Useimmissa tapauksissa nämä pinta-aktiiviset aineet ovat ammoniakin kvaternaarisia johdannaisia ​​ja ovat suolojen muodossa, joissa vastaionina on halogenidi.

Esimerkki tämän tyyppisestä kationisesta pinta-aktiivisesta aineesta on DSDMAC tai disteryylidimetyyliammoniumkloridi.

Switterioniset tai amfoteeriset pinta-aktiiviset aineet

Switterion, jota kutsutaan myös sisäiseksi suolaksi, on kemiallinen laji, jonka rakenteessa on yhtä monta muodollista positiivista ja negatiivista varausta, ja siksi sillä ei ole nettovarausta. Switterioniset pinta-aktiiviset aineet tarjoavat paljon suuremman polaarisuuden kuin ionittomat pinta-aktiiviset aineet; ne tarjoavat myös monia kationisten ja anionisten pinta-aktiivisten aineiden etuja, mutta ilman vapaan vastaionin lisäystä, joka pysyy liuenneena vesifaasiin.

Tyypillisiä esimerkkejä switterionisista pinta-aktiivisista aineista ovat N-alkyyliaminohapot ja sultainit.

Esimerkkejä pinta-aktiivisista aineista

• Natriumstearaatti on anioninen pinta-aktiivinen aine.
• Tauriini on esimerkki switterionisesta tai amfoteerisesta pinta-aktiivisesta aineesta.
• 4-(5-dodekyyli)bentseenisulfonaatti on myös anioninen pinta-aktiivinen aine.
• Polysorbaatit, kuten Tween 20 ja Tween 80, ovat esimerkkejä ionittomista pinta-aktiivisista aineista tai emulgointiaineista, joita käytetään elintarvike- ja henkilökohtaisen hygienian teollisuudessa.
• Dokusaatti (dioktyylinatriumsulfosukkinaatti).
• Alkyylieetterifosfaatit.
• Bentsalkaoniumkloridi (BAC).
• Perfluorioktaani (PFOS).

Viitteet

Piorr R. (1987) Pinta-aktiivisten aineiden rakenne ja käyttö . Julkaisussa: Falbe J. (toim.) Surfactants in Consumer Products. Springer, Berliini, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-71545-7_2

Chang, Q. (2016). Ratkaisun pinta . Kolloidi- ja rajapintakemia veden laadunvalvontaan, 161–174. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809315-3.00009-8

Ilmainen, ML (2016). Pinta -aktiivisten aineiden käyttö hiukkasten poistamisen tehostamiseksi pinnoilta . Pintakontaminaation ja -puhdistuksen kehitys , 595–626. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-29960-2.00013-7

Guill, I. (2019, 17. helmikuuta). Pinta-aktiivinen aine ja emulgointiaine, ovatko ne samat? Onko ne huonoja kosmetiikassa? Haettu 24. heinäkuuta 2021 osoitteesta https://mismimos.es/tensioactivo-y-emulsionante-es-lo-mismo/

Nakama, Y. (2017). Pinta-aktiiviset aineet . Cosmetic Science and Technology, 231–244. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-802005-0.00015-x