پاورپوینت سورفکتانت ها و کاربردهای آنها

سورفکتانت ها و کاربردهای آنها
1

فهرست:
مقدمه ای بر سورفکتانت ها…………………………………………… 3
کار اصلی سورفکتانت چیست ……………………………….. 6
انواع سورفکتانت ………………………………………………… 8
سورفکتانت آنیونی ……………………………………………… 8
سورفکتانت زویتریونی (آمفوتریک)………………………. 9
سورفکتانت غیریونی …………………………………………… 9
سورفکتانت کاتیونی ………………………………………….. 10
کاربردهای سورفکتانت ……………………………………… 15
منابع ……………………………………………………………….. 18

2

بسم الله الرحمن الرحیم
مقدمه ای بر سورفکتانت ها
کلمه سورفکتانت Surfactant مخفف سه عبارت، SURFace، ACTive، AgeNT، به معنی ماده فعال درسطح می باشد. این دسته از مولکول ها دارای دو بخش مجزا در ساختمان خود می باشد، یک قسمت آبدوست (چربی گریز) و یک قسمت آبگریز (چربی دوست).
قسمت آب گریز (چربی دوست) اکثر سورفکتانت ها درواقع یک زنجیر هیدروکربنی است که طول متوسط آن معمولاً از ۱۲ تا ۱۸ اتم کربن است.
در شکل زیر مکانسیم عمل این ترکیبات در یک محلول مشاهده می شود که بخش آبدوست، به سمت آب جهت گیری کرده و سر آب گریز به سمت خارج آب جهت گیری نموده است. به همین سبب است که سورفکتانت ها در سطح تجمع کرده و آن را تحت تاثیر خود قرار می دهند.
3

4

5

سورفکتانت یکی از اجزای مهم در شوینده ها می باشد که صابون ها معروف ترین انواع آن هستند و عمدتا از چربی هایی به نام گلیسیرید به دست می آیند. گلیسیریدها نیز خود از استرهایی با زنجیره کربوکسیلیک اسید طولانی حاصل شده اند. گلیسیریدها از استرهایی تشکیل شده اند که توسط الکل تری هیدریک، گلیسرول با اسیدهای چرب دارای کربوکسیلیک اسیدهای زنجیره طولانی تشکیل شده اند. گلیسیریدها در اثر حرارت دیدن در حضور محلول هیدروکسید سدیم، هیدرولیز شده و صابون ها، نمک های سدیم و … را تولید می کنند.
کار اصلی سورفکتانت چیست
سورفکتانت از مواد پاک کننده فعال هستند که سه کار اصلی انجام می دهند.
الف) نفوذ و خیس کردن پارچه
آب دارای کشش سطحی بالایی است که این خاصیت از ایجاد موج زیاد در سطح آن جلوگیری می کند (هوا – آب، آب – روغن، آب – جامد). به محض این که سورفکتانت پیوند بین مولکول های آب را می شکند، کشش سطحی آب کاهش می یابد و آب می تواند معوج گردد و تعداد بیشتری از ملکول های سورفکتانت در نزدیکی سطح آب قرار می گیرند. حال آب می تواند در سطوحی که قبلا خیس نشده بوده است مثل پارچه ها نفوذ و نشت کند.

6

ب) سست کردن و رهانیدن چرک ها و آلودگی ها
به طور معمول آب و روغن با یکدیگر مخلوط نمی شوند. روغن یک ماده غیر قطبی است در حالی که آب قطبی است. با این وجود در حضور مقادیر و غلظت های کافی مولکول های سورفکتانت، روغن می تواند به طور موثری در آب امولسیون شود. بنابراین، بخش قطبی مولکول سورفکتانت جذب آب می شود و بخش غیر قطبی توسط چربی جذب می شود. مولکول های سورفکتانت دور چربی جمع می شوند و وقتی به اندازه کافی زیاد باشند یک میسل micelle کروی تشکیل می دهند. بخش های چربی که در میسل قرار می گیرند در آب به خوبی معلق می مانند. فرایند تا زمانی که مقادیر کافی مولکول های سورفکتانت در دسترس هستند تا با باقیمانده های چربی بر همکنش دهند تکرار می شود.

ج) امولسیون کردن ذرات چرک و آلودگی و معلق نگه داشتن آن ها در محیط شستشو

7

انواع سورفکتانت
مواد فعال سطحی Surfactant بر اساس گروه سر قطبی خود به دسته های مختلفی طبقه بندی می شوند:
سورفکتانت آنیونی
سورفکتانت آنیونی دارای سر آب دوست با بار منفی است، به همین دلیل به آن، آنیونی گفته می شود. به دلیل خاصیت پاک کنندگی عالی و بالای این نوع از سورفکتانت، پرکاربردترین نوع برای کاربرد در صنعت شوینده و تولید انواع مایع ظرف شویی و شامپو است.
سورفکتانت به ویژه در دور نگه داشتن کثیفی از پارچه ها و ازبین بردن باقی مانده های نرم کننده پارچه از پارچه ها مفید است. سورفکتانت های آنیونی به ویژه در تمیزکردن خاک های روغنی و سوسپانسیون خاک های روغنی / رسی موثر هستند.
البته باید این نکته را هم در نظر گرفت که اگر سورفکتانت آنیونی با آب سخت در تماس باشد، می تواند با یون های سختی آب با بار مثبت (کلسیم و منیزیم) واکنش نشان داده و در نتیجه تا حدودی غیرفعال می شود.
هرچه سختی آب و میزان یون های کلسیم و منیزیم بیشتر باشد، سیستم سورفکتانت آنیونی بیشتر غیرفعال می شود. دقیقاً به همین دلیل است که هنگام شستشو با آب سرد که سختی بیشتری دارد، به ماده شوینده بیشتری نیاز داریم.
متداول ترین سورفکتانت های آنیونی مورداستفاده عبارت اند از آلکیل سولفات ها و سولفونات ها، آلکیل اتوکسیلات سولفات ها، لیگنین سولفونات ها، استرهای فسفات، استرهای سولفوسوکسینات و کربوکسیلات ها.
8

سورفکتانت زویتریونی (آمفوتریک)
سورفکتانت زویتریونی که به عنوان سورفکتانت های آمفوتریک نیز شناخته می شوند، در قسمت آبدوست خود دارای بارهای مثبت و منفی هستند.
آنها دارای هر دو گروه آنیونی و کاتیونی در مولکول های خود هستند و در نتیجه بار خالص صفر دارند. نمونه هایی از مواد فعال سطحی Surfactant زوئیتریونی شامل بتائین و آمینو اکسید می باشد. آنها اغلب در محصولات مراقبت شخصی استفاده می شوند و به دلیل ملایم بودنشان شناخته می شوند.
سورفکتانت غیریونی
در سورفکتانت های غیریونی، سر آب دوست قطبی است؛ اما کاملاً باردار نیست. سورفکتانت های غیریونی کاربردهای متنوعی در تولید منسوجات دارند و حجم مورداستفاده از انواع مختلف سورفکتانت های غیریونی زیاد است.
الکل ها، اسیدهای اتوکسیله، آمین های اتوکسیله، اکسیدهای آمین، آلکیل فنل های پلی اکسی اتیلن شده و پلی اکسی اتیلن خطی رایج ترین انواع سورفکتانت های غیریونی هستند. خواص یک سورفکتانت غیریونی را می توان با کنترل مقادیر نسبی خصوصیات آب دوست و آب گریز تا حدودی برای یک کاربرد خاص تنظیم کرد.
9

سورفکتانت کاتیونی
سورفکتانت کاتیونی برخلاف نوع آنیونی، دارای سر هیدروفیلیک با بار الکتریکی مثبت است. این نوع سورفکتانت، در واکنش هایی تشکیل می شود که آلکیل هالیدها با آمین های چرب اولیه، ثانویه یا سوم واکنش می دهند.
سورفکتانت های کاتیونی کشش سطحی را کاهش می دهند و به عنوان عوامل مرطوب کننده در محیط های اسیدی استفاده می شوند. بااین حال، یک نقطه ضعف یک عامل فعال سطحی کاتیونی این است که وقتی به یک محلول قلیایی مانند نمک های آمونیوم چهارتایی اضافه می شوند، هیچ اثر شوینده ای ندارند.
از بخش های قبلی می توان نتیجه گرفت که دستیابی به سورفکتانت آمین یا آلکیل آمونیوم نیازمند زنجیره ای از واکنش های شیمیایی است که کم وبیش انتخابی هستند و لزوماً کامل نیستند. در نتیجه، تنها بخش کوچکی از مواد واکنش دهنده به محصول نهایی موردنظر تبدیل می شود.
به همین دلیل است که سورفکتانت های کاتیونی به طورکلی گران تر از سورفکتانت های آنیونی مانند سولفونات ها یا سولفات ها هستند. ازاین رو، سورفکتانت های کاتیونی تنها در مواردی استفاده می شوند که نمی توان آن ها را با سورفکتانت های دیگر جایگزین کرد.
از سورفکتانت کاتیونی در صنعت نساجی برای به تاخیرانداختن جذب رنگ استفاده می شود. در این کاربرد آنها با رنگ رقابت می کنند و در نتیجه جذب رنگ را کند کرده و به دستیابی به رنگ یکنواخت کمک می کنند.
10

حتی گاهی به عنوان بازدارنده خوردگی در محیط اسیدی کاربرد دارند. همچنین امولسیون های آسفالتی برای روسازی جاده ها و پوشش های محافظ و رنگ ها اغلب توسط نمک های نمک آمین چرب (در pH اسیدی) یا کوات ها (در pH خنثی) تثبیت می شوند. برخی نیز مانند بنزالکونیوم کلراید به عنوان ماده ضدعفونی کننده استفاده می شود

11

سورفکتانت چگونه کار می کند؟
برای درک اینکه سورفکتانت ها چگونه کار می کنند بیایید با درنظرگرفتن اینکه وقتی سورفکتانت ها را به یک ظرف آب اضافه می کنیم، چه اتفاقی می افتد، شروع کنیم.
سورفکتانت ها ابتدا روی سطح آب جمع می شوند تا لایه ای را در سطح مشترک آب وهوا تشکیل دهند به طوری که بخش آب دوست به سمت آب و بخش آب گریز به سمت هوا باشد. این پدیده منجر به کاهش کشش سطحی آب می شود که یکی از ویژگی های کلیدی سورفکتانت ها به شمار می رود.
12

اما با افزایش غلظت سورفکتانت، اتفاق جالبی رخ می دهد:
میسل ها یا «توده های» توپی شکل سورفکتانت، با دم های رو به داخل و دور از آب شکل می گیرند. غلظتی که در آن میسل ها شروع به تشکیل می کنند، غلظت میسل بحرانی (CMC) نامیده می شود.
این خاصیت بسته به نوع سورفکتانت متفاوت است و کارایی و غلظت مورد نیاز برای یک فرایند خاص را تحت تاثیر قرار می دهد. افزودن سورفکتانت بیشتر فراتر از CMC منجر به افزایش تشکیل میسل می شود. رون میسل ها یک فضای غیر قطبی آبگریز تشکیل شده و سطح بیرونی آن آبدوست است.
تشکیل میسل برای بسیاری از کاربردهای سورفکتانت بسیار مهم است؛ زیرا تجزیه موادی مانند روغن که معمولاً در آب نامحلول هستند را تسهیل می کند. فضای درونی این توده‎ ها ذرات آلودگی و چربی آبگریز را جذب کرده و از محیط آبی خارج می کند.
سورفکتانت هایی با CMC پایین به سورفکتانت کمتری برای کاهش کشش سطحی و تشکیل میسل نیاز دارند و بنابراین کارامدتر هستند.
13

14

کاربردهای سورفکتانت
بنابراین؛ سورفکتانت ها به طور گسترده ای در صنعت مواد شوینده، روانکاری، به عنوان نرم کننده در لجن فاضلاب و صنعت نفت استفاده می شوند. بیشتر کاربردهای سورفکتانت ها محصولات نرم کننده هستند که ویژگی های مشابهی با مواد شوینده، زنجیره بلند آلیفاتیک و بخش آبدوست دارند.
در ادامه به بررسی کاربرد سورفکتانت در حوزه های مختلف صنعتی می پردازیم.
سورفکتانت به عنوان نرم کننده در نساجی
فینیشینگ یک اصطلاح جامع در نساجی است که به فرایندهایی که پارچه ها پس از تولید آن را طی می کنند، اشاره دارد. یکی از مواد شیمیایی که در این مرحله برای افزایش کیفیت پارچه ها استفاده می شود، سورفکتانت ها هستند که به عنوان نرم کننده به کار می روند.
این نرم کننده ها، با ویژگی های آب گریز، حالتی بسیار نرم و گاهاً مشابه حس چربی سطح را هنگام لمس پارچه ایجاد می کنند. سورفکتانت های نرم کننده با ویژگی غالباً آب دوست، عموماً لمس خشک تری را ارائه می کنند.
15

سورفکتانت در کشاورزی
امروزه موفقیت فناوری کنترل علف های هرز در کشاورزی به توسعه و استفاده موثر از علف کش های آلی و سپس استفاده از مواد شیمیایی دیگر، به ویژه سورفکتانت ها نسبت داده می شود.
سورفکتانت ها عملکردهای مختلفی را در پراکندگی علف کش ها انجام می دهند. سورفکتانت ها عمدتاً در محلول های آبی مورداستفاده قرار می گیرند، جایی که کشش سطحی را کاهش می دهند و در نتیجه گسترش و مرطوب شدن سطح علف های هرز را افزایش می دهند.
این امر منجر به پوشش یکنواخت سطح علف های هرز، جذب بیشتر، کاهش سرعت تبخیر و سایر اثرات مطلوب می شود. سورفکتانت ها به مولکول های علف کش کمک می کنند تا از طریق سطح مومی برگ نفوذ کنند.
در کود حاوی نیتروژن (سولفات آمونیوم) ترکیبات سورفکتانت به ترکیب نیتروژن کمک می کند تا از سطح برگ نفوذ کند. معمولاً از مخلوط سورفکتانت های غیریونی در این کاربردها استفاده می شود.
16

کاربرد سورفکتانت در صنعت نفت
کاربرد سورفکتانت ها در صنعت نفت از اهمیت عملی زیادی برخوردار است و همچنین بسیار متنوع است؛ زیرا سورفکتانت ها ممکن است در سراسر فرایند تولید نفت در مخازن، چاه های نفت و گاز، در عملیات پردازش سطحی، و در محیط زیست، بهداشت و سلامت کاربرد داشته باشند.
برخی از نمونه های کاربرد سورفاکتانت در صنعت نفت در سیستم های گاز/مایع عبارت اند از تولید چاه نفت و فوم های سرچاهی، فرایند فلوتاسیون روغن، فوم های تقطیر و تفکیک اجزا برج، فوم های نفت کوره و مخزن سوخت جت (کامیون)، سیال حفاری فوم، مایع اسیدی فوم، فوم های مسدودکننده و منحرف کننده فوم های کنترل تحرک گاز.
سورفکتانت در پاک کننده ها
سورفکتانت ها عنصر کلیدی محصولات پاک کننده هستند. پاک کننده ها معمولاً شامل چهار جز اساسی هستند. سورفکتانت ها، هیدروتروپ ها، سازنده ها و حامل ها. هیدروتروپ ها مواد شیمیایی هستند که سورفکتانت ها و سازنده های ناهمگن را در یک محلول پایدار نگه می دارند.
حامل یا آب یا حلال دیگری است. این عناصر با هم کار می کنند تا امکانات لازم برای حذف آلودگی ها را ایجاد کنند. نتیجه نهایی محصولی است که می تواند با مکانیسم های مختلفی انواع آلودگی را از سطوح مختلف بزداید.
نوع سورفکتانت های مورد استفاده در یک محصول تمیز کننده تا حد زیادی تعیین می کند که این محصول برای چه نوع آلودگی و چه سطوحی مناسب است.
17

منابع :
1- https://drchemical.ir/surfactant/
2- https://buali-chem.com/
3- https://tehran-chem.com/surfactant/
4- https://irac.ir/

18