สารลดแรงตึงผิวคืออะไร?

สารลดแรงตึงผิว เรียกอีกอย่างว่าสารลดแรงตึงผิวหรือสารลดแรงตึงผิว เป็นสาร เคมีที่สามารถลดแรงตึงผิวของของเหลวได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความสามารถในการกระจายไปทั่วพื้นที่ผิวที่กว้างขึ้น พวกเขาทำเช่นนี้โดยการสร้างชั้นของโมเลกุลบนพื้นผิวของของเหลวหรือที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวสองชนิด

เนื่องจากความสามารถในการลดแรงตึงผิว สารลดแรงตึงผิวจึงอำนวยความสะดวกในการกระจายตัวของเฟสของเหลวหนึ่งไปยังอีกเฟสหนึ่งซึ่งไม่สามารถผสมกันได้ ผลที่ตามมาคือสารเหล่านี้ช่วยให้เกิดการก่อตัวและการทำให้อิมัลชันมีความคงตัวระหว่างของเหลวสองชนิด ซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกสารเหล่านี้ว่าอิมัลซิไฟเออร์

โครงสร้างของสารลดแรงตึงผิว

สารลดแรงตึงผิวมีลักษณะเป็นโมเลกุลของแอมฟิฟิลิก ซึ่งหมายความว่าส่วนหนึ่งของโมเลกุลนั้นชอบน้ำ (มีความสัมพันธ์กับน้ำ) ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งไม่ชอบน้ำหรือไม่ชอบน้ำ (มีความสัมพันธ์กับไขมัน)

หัวขั้วโลก

ส่วนที่ชอบน้ำของโมเลกุลประกอบด้วยหมู่ฟังก์ชันที่มีขั้วตั้งแต่หนึ่งหมู่ขึ้นไปกระจุกตัวอยู่ในส่วนที่ค่อนข้างเล็กของโมเลกุล ซึ่งมักเรียกว่าหัวมีขั้ว

ส่วนหัวมีขั้วสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนอย่างน้อยหนึ่งพันธะกับน้ำและกับตัวทำละลายโพลาร์โพรติกอื่นๆ ที่คล้ายกัน

ในบางกรณี หัวมีขั้วมีหมู่ฟังก์ชันที่มีขั้วเป็นกลาง เช่น หมู่ไฮดรอกซิล เอสเทอร์ของกรดคาร์บอกซิลิก อีเทอร์ หรือการรวมกันของพวกมัน ในอีกกลุ่มหนึ่ง มีกลุ่มที่แตกตัวเป็นไอออนได้ เช่น คาร์บอกซิเลต และแม้แต่เอสเทอร์ของกรดอนินทรีย์ เช่น กรดซัลฟิวริก (ซัลเฟต) และกรดฟอสฟอริก (ฟอสเฟต) ที่แตกตัวเป็นไอออน หัวขั้วโลกบางชนิดยังมีกลุ่มที่มีควอเทอร์นารีเอมีน (แอมโมเนียมไอออนบวก)

หางที่ไม่ชอบน้ำ

ส่วนที่ไม่ชอบน้ำหรือไลโปฟิลิกของโมเลกุลโดยทั่วไปประกอบด้วยสายไฮโดรคาร์บอนยาวซึ่งอาจมีหรือไม่มีความไม่อิ่มตัว เนื่องจากอาจมีหรือไม่มีหมู่อะโรมาติกและหมู่ฟังก์ชันอินทรีย์ที่ไม่มีขั้วอื่นๆ

เนื่องจากเป็นโซ่คาร์บอนที่ไม่มีขั้วยาว จึงมักเรียกส่วนนี้ของโมเลกุลว่าหางที่ไม่มีขั้ว

วิธีการทำงานของสารลดแรงตึงผิว

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น สารลดแรงตึงผิวทำหน้าที่โดยการแบ่งส่วนระหว่างของเหลว (น้ำทั่วไป) กับอีกเฟสหนึ่ง ซึ่งอาจเป็นของเหลวที่ไม่มีขั้ว เช่น น้ำมัน หรือก๊าซ เช่น อากาศ สิ่งนี้จะลดแรงตึงผิวที่ส่วนต่อประสาน อำนวยความสะดวกในการผสมของทั้งสองเฟสและการก่อตัวของอิมัลชัน ในกรณีที่เฟสเป็นน้ำและน้ำมัน อิมัลชันสามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี:

• วัฏภาคของน้ำมันจะกระจายตัวในรูปของหยดภายในเมทริกซ์ที่เป็นน้ำ ซึ่งในกรณีนี้จะมีอิมัลชันของน้ำมันในน้ำ (เช่น ในมายองเนส)
• เฟสที่เป็นน้ำจะกระจายตัวในเมทริกซ์น้ำมัน ซึ่งในกรณีนี้ คุณมีอิมัลชันแบบน้ำในน้ำมัน (เช่น ในกรณีของเนย)

วิธีการที่สารลดแรงตึงผิวช่วยให้เกิดอิมัลชันทั้งสองประเภทนี้โดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกัน โมเลกุลของอิมัลซิไฟเออร์ถูกกระจายที่บริเวณรอยต่อระหว่างน้ำและน้ำมัน โดยกระจายในลักษณะที่หัวมีขั้วที่ชอบน้ำจะละลายในเฟสที่เป็นน้ำ ในขณะที่ส่วนหางที่เป็นไลโปฟิลิกจะละลายในน้ำมัน

หากมีน้ำอยู่ในสัดส่วนที่มากกว่าน้ำมัน หยดน้ำมันที่เคลือบด้วยสารลดแรงตึงผิวจะก่อตัวขึ้นโดยมีส่วนหัวของขั้วชี้ออกด้านนอก

ในทางกลับกัน หากมีน้ำมันในสัดส่วนที่สูงกว่า จะเกิดสิ่งตรงกันข้าม: หยดน้ำขนาดเล็กที่เคลือบด้วยโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจะเกิดขึ้นโดยมีหางของอะโพลาร์ชี้ออกไปด้านนอก

ประเภทของสารลดแรงตึงผิว

สารลดแรงตึงผิวถูกจำแนกออกเป็นสี่กลุ่มตามลักษณะของหัวที่มีขั้ว: สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ, ประจุลบ, ประจุบวก และสารลดแรงตึงผิวแบบสวิตเทอโรนิกหรือแอมโฟเทอริก

สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ

พวกเขาคือกลุ่มที่มีขั้วซึ่งไม่มีกลุ่มขั้วที่แตกตัวเป็นไอออนได้ เช่น กลุ่มไฮดรอกซิลในแอลกอฮอล์ กลุ่มเอสเทอร์ และอีเทอร์

สารลดแรงตึงผิวประจุลบ

สิ่งเหล่านี้ประกอบด้วยกลุ่มกรดหรือเกลืออัลคาไลน์ที่แยกตัวออกเมื่อละลายในน้ำ ทำให้เกิดไอออนที่มีประจุลบหรือประจุลบ กลุ่มที่มีประจุเหล่านี้ชอบน้ำมาก (และดังนั้นจึงเป็น lipophobic อย่างแรง) เนื่องจากพวกมันสามารถรับพันธะไฮโดรเจนหลายพันธะจากน้ำได้ และยังทำปฏิกิริยาผ่านแรงไอออนไดโพลกับน้ำและตัวทำละลายที่มีขั้วอื่นๆ

สบู่ที่เตรียมโดยซาพอนิฟิเคชันของไขมันเป็นตัวอย่างของสารลดแรงตึงผิวเหล่านี้

สารลดแรงตึงผิวประจุบวก

พวกมันตรงกันข้ามกับสารลดแรงตึงผิวประจุลบ ในกรณีนี้ หัวมีขั้วมีประจุบวก (เช่น เป็นไอออนบวก) ในกรณีส่วนใหญ่ สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้เป็นอนุพันธ์ควอเทอร์นารีของแอมโมเนียและอยู่ในรูปของเกลือที่มีเฮไลด์เป็นตัวต้าน

ตัวอย่างของสารลดแรงตึงผิวประจุบวกประเภทนี้ ได้แก่ DSDMAC หรือ disteryldimethylammonium chloride

สารลดแรงตึงผิวแบบสวิตเทอร์ไอออนหรือแอมโฟเทอริก

สวิตเทอร์เรียน (Switterion) หรือที่เรียกว่าเกลือภายใน (Internal Salt) เป็นสารเคมีชนิดหนึ่งที่มีจำนวนประจุบวกและประจุลบเท่ากันในโครงสร้างของมัน ดังนั้นจึงไม่มีประจุสุทธิ สารลดแรงตึงผิวแบบสวิตเทอร์ไอออนให้ความเป็นขั้วมากกว่าสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ พวกเขายังให้ประโยชน์มากมายของสารลดแรงตึงผิวประจุบวกและประจุลบ แต่ไม่มีการเติมสารต้านอิสระที่ยังคงละลายอยู่ในเฟสที่เป็นน้ำ

ตัวอย่างโดยทั่วไปของสารลดแรงตึงผิวแบบสวิตเทอร์ไอออน ได้แก่ กรด N-อัลคิลอะมิโนและซัลเทน

ตัวอย่างของสารลดแรงตึงผิว

• โซเดียมสเตียเรตเป็นสารลดแรงตึงผิวประจุลบ
• ทอรีนเป็นตัวอย่างของสารลดแรงตึงผิวแบบสวิตเทอร์ไอออนหรือแอมโฟเทอริก
• เบนซีนซัลโฟเนต 4-(5-โดเดซิล)ยังเป็นสารลดแรงตึงผิวแบบประจุลบอีกด้วย
• โพลีซอร์เบต เช่น ทวีน 20 และทวีน 80 เป็นตัวอย่างของสารลดแรงตึงผิวหรืออิมัลซิไฟเออร์แบบไม่มีประจุที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและการดูแลส่วนบุคคล
• โดคูเซท (Dioctyl Sodium Sulfosuccinate)
• อัลคิลอีเทอร์ฟอสเฟต
• เบนซาลคาโอเนียมคลอไรด์ (BAC)
• เพอร์ฟลูออโรออกเทน (PFOS)

อ้างอิง

Piorr R. (1987) โครงสร้างและการประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิว . ใน: Falbe J. (eds) สารลดแรงตึงผิวในผลิตภัณฑ์เพื่อผู้บริโภค. สปริงเกอร์ เบอร์ลิน ไฮเดลเบิร์ก https://doi.org/10.1007/978-3-642-71545-7_2

ช้าง Q. (2559). พื้นผิวของสารละลาย เคมีคอลลอยด์และอินเทอร์เฟซสำหรับการควบคุมคุณภาพน้ำ 161–174 https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809315-3.00009-8

ฟรี ม.ล. (2559). การใช้สารลดแรงตึงผิวเพื่อปรับปรุง การ กำจัด อนุภาค ออกจากพื้นผิว พัฒนาการ ในการปนเปื้อนและ การทำความสะอาดพื้นผิว 595–626 https://doi.org/10.1016/b978-0-323-29960-2.00013-7

Guill, I. (2019, 17 กุมภาพันธ์). สารลดแรงตึงผิวกับ สารอิมัล ซิไฟเออร์ เหมือนกันไหม มีผลเสียในเครื่องสำอางหรือไม่? สืบค้นเมื่อ 24 กรกฎาคม 2021 จากhttps://mismimos.es/tensioactivo-y-emulsionante-es-lo-mismo/

นาคามา, ย. (2560). สารลดแรงตึงผิว วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเครื่องสำอาง, 231–244. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-802005-0.00015-x