Mi az a felületaktív anyag?

A felületaktív anyag, más néven felületaktív anyag vagy felületaktív anyag, olyan kémiai anyag, amely képes csökkenteni a folyadék felületi feszültségét, ami javítja a folyadék nagyobb felületen való szétterülését . Ezt úgy teszik meg, hogy molekulákból álló réteget hoznak létre a folyadék felszínén vagy két folyadék határfelületén.

A felületi feszültséget csökkentő képességüknek köszönhetően a felületaktív anyagok elősegítik az egyik folyékony fázis diszpergálását a másikban, amellyel az nem elegyedik. Ennek következtében lehetővé teszik emulziók képződését és stabilizálását két folyadék között, ezért emulgeálószernek is nevezik őket.

A felületaktív anyagok szerkezete

A felületaktív anyagokra jellemző, hogy amfifil molekulák, ami azt jelenti, hogy a molekula egyik része hidrofil (affinitása van a vízhez), míg a másik hidrofób vagy lipofil (affinitása van a zsírokhoz).

sarki fej

A molekula hidrofil része mindig tartalmaz egy vagy több poláris funkciós csoportot, amelyek a molekula viszonylag kis részében koncentrálódnak, gyakran poláris fejnek nevezik.

A poláris fej mindig képes egy vagy több hidrogénkötés kialakítására vízzel és más hasonló poláris protikus oldószerekkel.

Egyes esetekben a poláris fejben semleges poláris funkciós csoportok, például hidroxilcsoportok, karbonsav-észterek, éterek vagy ezek kombinációi vannak. Más esetekben ionizálható csoportokat tartalmaz, mint például karboxilátok, sőt szervetlen savak észterei is, például kénsav (szulfátok) és foszforsav (foszfátok), amelyek ionizáltak. Egyes poláris fejek kvaterner aminokat (ammóniumkationokat) tartalmazó csoportokat is tartalmaznak.

a hidrofób farok

A molekula hidrofób vagy lipofil része általában egy hosszú szénhidrogénláncból áll, amely tartalmazhat vagy nem tartalmaz telítetlenségeket, mivel tartalmazhat aromás csoportokat és más nem poláris szerves funkciós csoportokat, vagy nem.

Mivel ezek hosszú, nem poláris szénláncok, a molekulának ezt a részét gyakran nempoláris faroknak nevezik.

Hogyan működnek a felületaktív anyagok

Amint fentebb említettük, a felületaktív anyagok a folyadék (általában víz) és egy másik fázis közötti határfelületen megoszlanak, amely lehet nempoláris folyadék, például olaj vagy gáz, például levegő. Ez csökkenti a felületi feszültséget a határfelületen, megkönnyítve a két fázis keveredését és az emulzió képződését. Abban az esetben, ha a fázisok víz és olaj, az emulzió két különböző módon állítható elő:

• Az olajos fázis cseppek formájában diszpergálódik egy vizes mátrixban, amely esetben olaj-a-vízben emulzió van (mint például a majonézben).
• A vizes fázist olajmátrixban diszpergáljuk, ebben az esetben víz-az-olajban emulziót kapunk (mint a vaj esetében).

Az a mód, ahogyan a felületaktív anyagok elősegítik e két típusú emulzió bármelyikének képződését, alapvetően ugyanaz. Az emulgeálószer molekulák a víz és az olaj határfelületén oszlanak el, oly módon, hogy a hidrofil poláris fej a vizes fázisban, míg a lipofil farok az olajban oldódik.

Ha a víz nagyobb arányban van jelen, mint az olaj, akkor kis felületaktív anyaggal bevont olajcseppek képződnek úgy, hogy a polárfejek kifelé mutatnak.

Ha éppen ellenkezőleg, nagyobb az olaj aránya, az ellenkezője történik: felületaktív anyag molekulákkal bevont kis vízcseppek képződnek, amelyek apoláris farka kifelé mutat.

A felületaktív anyagok típusai

A felületaktív anyagokat négy csoportba sorolják a poláris fej jellemzői alapján: nemionos, anionos, kationos és szwiterionos vagy amfoter felületaktív anyagok.

Nemionos felületaktív anyagok

Olyanok, amelyek poláris feje nem tartalmaz ionizálható poláris csoportokat, például alkoholokban, észtercsoportokban és éterekben lévő hidroxilcsoportokat.

anionos felületaktív anyagok

Ezek savcsoportokat vagy lúgos sóikat tartalmaznak, amelyek vízben oldva disszociálnak, negatív töltésű iont vagy aniont hozva létre. Ezek a töltött csoportok erősen hidrofilek (és ezért erősen lipofóbok), mivel több hidrogénkötést is képesek elfogadni a vízből, és ion-dipól erők révén kölcsönhatásba lépnek vízzel és bármely más poláris oldószerrel.

Ilyen felületaktív anyagok például a zsírok elszappanosításával készített szappanok.

Kationos felületaktív anyagok

Az anionos felületaktív anyagok ellentéte. Ebben az esetben a polárfej pozitív töltésű (azaz kation). A legtöbb esetben ezek a felületaktív anyagok az ammónia kvaterner származékai, és sók formájában vannak, amelyek ellenionként halogenidet tartalmaznak.

Az ilyen típusú kationos felületaktív anyagokra példa a DSDMAC vagy a diszteril-dimetil-ammónium-klorid.

Switterionos vagy amfoter felületaktív anyagok

A switterion, más néven belső só, olyan kémiai faj, amelynek szerkezetében azonos számú formális pozitív és negatív töltés van, ezért nincs nettó töltése. A switterionos felületaktív anyagok sokkal nagyobb polaritást biztosítanak, mint a nemionos felületaktív anyagok; a kationos és anionos felületaktív anyagok számos előnyét is biztosítják, de szabad ellenion hozzáadása nélkül, amely a vizes fázisban oldva marad.

A switterionos felületaktív anyagok tipikus példái az N-alkil-aminosavak és szultánok.

Példák felületaktív anyagokra

• A nátrium-sztearát anionos felületaktív anyag.
• A taurin egy példa a switterionos vagy amfoter felületaktív anyagokra.
• A 4-(5-dodecil)-benzolszulfonát szintén anionos felületaktív anyag.
• A poliszorbátok, például a Tween 20 és a Tween 80 az élelmiszeriparban és a testápolási iparban használt nemionos felületaktív anyagok vagy emulgeálószerek példái.
• Docusate (dioktil-nátrium-szulfoszukcinát).
• Alkil-éter-foszfátok.
• Benzalkaónium-klorid (BAC).
• perfluoroktán (PFOS).

Hivatkozások

Piorr R. (1987): Felületaktív anyagok szerkezete és alkalmazása . In: Falbe J. (eds) Surfactants in Consumer Products. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-71545-7_2

Chang, Q. (2016). A megoldás felülete . Kolloid- és határfelület-kémia vízminőség-ellenőrzéshez, 161–174. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809315-3.00009-8

Ingyenes, ML (2016). A felületaktív anyagok használata a részecskék eltávolításának fokozására a felületekről . Fejlesztések a felületszennyezés és -tisztítás terén, 595–626. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-29960-2.00013-7

Guill, I. (2019, február 17.). Felületaktív anyag és emulgeálószer ugyanaz?Rossz a kozmetikában? Letöltve: 2021. július 24. innen: https://mismimos.es/tensioactivo-y-emulsionante-es-lo-mismo/

Nakama, Y. (2017). Felületaktív anyagok . Kozmetikai Tudomány és Technológia, 231–244. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-802005-0.00015-x