انواع سورفکتانت چیست و چه کاربردهایی دارد؟

سورفکتانت‌ها یکی از مواد شیمیایی پر کاربرد در صنایع مختلف هستند که با کاهش کشش سطحی مولکول‌ها کیفیت و ساختار محصول نهایی یا فرایند شیمیایی را بهبود می‌دهند. این مواد به‌عنوان امولسیون‌کننده، ضد کف، نرم‌ کننده، افزایش دهنده رطوبت، غلیظ‌ کننده، شوینده، ضدعفونی کننده و ضد الکتریسیته ساکن در بیشتر صنایع استفاده می‌شوند. شناخت انواع سورفکتانت‌ ها و کاربردهای آن‌ها برای انتخاب بهترین ماده در فرایندهای صنعتی و حتی مصارف روزمره اهمیت ویژه‌ای دارد. در این مطلب، پس از تعریف، به معرفی کامل کاربرد سورفکتانت‌ ها می‌پردازیم.

همچنین بخوانید:

♣ شوینده با کف یا بی ‌کف؟ | مقایسه عملکرد

♣ سدیم هیدروکسید؛ راهنمای جامع از تولید تا مصرف سود پرک

سورفکتانت چیست؟

سورفکتانت‌ها (Surfactants) یا عوامل فعال‌کننده سطحی، مواد شیمیایی هستند که کشش سطحی یا بین سطحی محلول‌ها را کاهش می‌دهند. این مواد یک بخش آب‌دوست (هیدروفیل) و یک بخش آب‌گریز یا چربی‌دوست ( لیپوفیل) دارند که در سطح محلول جهت‌گیری می‌کنند و باعث کاهش قابل توجه کشش سطحی می‌شوند.

با توجه به این ساختار ویژه، سورفکتانت‌ها به‌عنوان عوامل شوینده، امولسیون‌کننده، محلول‌ساز، ترکننده و ضد کف به‌کار می‌روند. همچنین در بسیاری از موارد خاصیت جذب سطحی، ضدکلوخه‌ای،‌ آنتی‌استاتیک و نرم‌کنندگی نیز دارند. در کاربرد این مواد، شاخص HLB یا توازن دو قطب آب‌دوست-چربی‌دوست بسیار اهمیت دارد. هر اندازه HLB بالاتر باشد، سورفکتانت آب‌دوست‌تر است و در آب بهتر حل می‌شود. در نقطه مقابل هر چه HLB پایین‌تر باشد، سورفکتانت چربی‌دوست‌تر است و در روغن‌ها بهتر حل می‌شود. با توجه به این شاخص سورفکتانت‌های با HLB بالاتر به‌عنوان محلول‌ساز و شوینده کاربرد دارند و انواع با HLB پایین‌تر، به‌عنوان عوامل ترکننده، پوشش دهنده و ضد کف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

البته سورفکتانت‌ها در صنایع مختلف برای تولید کلوئیدها، فوم‌ها و امولسیون‌ها هم به کار می‌روند که بسته به نوع کاربرد و امولسیون، از سورفکتانت با مقادیر متفاوت HLB  استفاده می‌شود. در ادامه بحث به‌طور کامل هر یک از این کاربردها را به تفکیک نوع صنعت تشریح می‌کنیم.

انواع سورفکتانت

سورفکتانت‌ها با توجه به شاخص‌هایی مانند ساختار شیمیایی، قابلیت تجزیه در محیط زیست، تعداد و نوع گروه‌های آب‌دوست یا اتصالات مولکولی به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. اما طبقه‌بندی متداول، بر اساس ساختار شیمیایی آن‌ها است که در این حالت سورفکتانت‌ها دو نوع یونی و غیر یونی دارند که دسته‌بندی یونی به سه زیرمجموعه سورفکتانت آنیونی، کاتیونی و آمفوتری تقسیم می‌شود.

الف) سورفکتانت یونی

همان‌طور که گفته شد، سورفکتانت‌های یونی به سه دسته آنیونی، کاتیونی و آمفوتری تقسیم می‌شوند که هر یک از لحاظ نوع بار بخش آب‌دوست با یکدیگر تفاوت دارند.

• سورفکتانت آنیونی

در سورفکتانت‌های آنیونی، بخش آب دوست بار منفی دارد. این نوع با توجه به تجزیه‌پذیری بالا در محیط زیست یکی از پرکاربردترین سورفکتانت‌های مورد استفاده در صنایع مختلف هستند. سورفکتانت‌های آنیونی شش زیر گروه دیگر نیز دارند که با توجه به ساختار مولکولی خود خاصیت‌های متفاوت کف‌کنندگی، شویندگی، ترکنندگی یا پراکندگی را در محلول از خود نشان می‌دهند. سدیم لوریل سولفات (SLS)، سدیم لورت سولفات (SLES) نمک‌های سولفات، آلکیل بنزن‌ها و سولفونات‌های الکل نمونه‌های شناخته شده سورفکتانت‌های آنیونی هستند که بیشتر در صابون‌ها، پودرهای لباسشویی و مواد شوینده  استفاده می‌شوند.

• سورفکتانت کاتیونی

در این دسته بخش آب‌دوست بار مثبت دارد. سورفکتانت‌های کاتیونی به دلیل تجزیه‌پذیری پایین در محیط زیست کاربرد کمتری نسبت به نوع آنیونی دارند. نمک‌های آمونیوم چهار ظرفیتی، کلرید بنزالکونیوم و ستیل تری متیل آمونیوم بروماید شناخته‌شده‌ترین سورفکتانت‌های کاتیونی هستند که بیشتر در محصولات نرم‌کننده مو، شامپوها استفاده می‌شوند. همچنین این دسته سورفکتانت به‌عنوان غلیظ‌کننده، امولسیون‌کننده و ضد الکتریسیته ساکن نیز کاربرد دارند.

• سورفکتانت آمفوتری

در ساختار شیمیایی سورفکتانت آمفوتری گروه‌های آب‌دوست بار مثبت و منفی دارند که بسته به PH محلول یکی از دو وضعیت مثبت یا منفی را به خود می‌گیرند. این دسته که کم‌خطرترین نوع سورفکتانت‌ها هستند، بیشتر در تولید شامپوهای بچه و محصولات بهداشت فردی مورد استفاده قرار می‌گیرند. کف‌کنندگی مناسب، غلیظ‌کنندگی بالا و حلالیت مطلوب در آب از ویژگی‌های این سورفکتانت‌ها است و در برخی موارد به‌عنوان کاهش‌دهنده تحریک‌پذیری سایر سورفکتانت‌ها نیز کاربرد دارند. از شناخته‌شده‌ترین انواع سورفکتانت آمفوتری می‌توان به مشتقات بتائین، سولفوبتائین‌ها و آلکیلامیدوبتائین‌ها اشاره کرد.

ب) سورفکتانت غیر یونی

بخش آب‌دوست در سورفکتانت‌های غیر یونی بدون بار است. این دسته خاصیت امولسیون‌کنندگی و ترکنندگی بسیار مناسبی دارند و با توجه به تجزیه‌پذیری مطلوب در محیط زیست، یکی از سورفکتانت‌های پر کاربرد در صنایع شیمیایی، نساجی، آرایشی و فلزی محسوب می‌شوند. پلی‌سوربات ۲۰ یکی از شناخته‌شده‌ترین سورفکتانت‌های غیر یونی است که در صنایع آرایشی و دارویی برای بهبود بافت محصولات کاربرد دارد.

کاربرد انواع سورفکتانت با توجه به نوع صنعت

در بخش پیش به‌صورت خلاصه کاربرد هر یک از انواع سورفکتانت‌ها را بررسی کردیم. در این بخش به تفکیک مصرف سورفکتانت‌ها را بدون در نظر گرفتن ساختار شیمیایی آن‌ها در پنج صنعت مهم توضیح می‌دهیم.

1. صنایع آرایشی و بهداشتی

سورفکتانت‌ها به‌عنوان امولسیفایر ترکیب روغن و آب در کرم‌ها، لوسیون‌ها و نرم‌کننده‌ها را پایدار کرده و ساختار محصول را یکنواخت می‌کنند. همچنین به‌عنوان عامل پاک‌کننده در محصولاتی مانند شامپوها یا کرم‌های صورت چربی‌ها، آلودگی‌ها و ناخالصی‌های پوست و مو را پاک می‌کنند. برخی سورفکتانت‌ها نیز با تاثیر بر افزایش حلالیت مواد، موجب ترکیب شدن بهتر مقادیر کم روغن‌ها یا سایر مواد چربی‌دوست با ترکیبات پایه آبی می‌شوند. در نتیجه آن، ساختار محصول نهایی به شکل یکنواخت و پایدار در می‌آید. علاوه بر این، سورفکتانت‌ها با خاصیت نرم‌کنندگی خود و تاثیر بر افزایش لطافت، شانه‌پذیری و مدیریت راحت‌تر مو در انواع محصولات نرم‌کننده کاربرد بسیاری دارند.

2. صنایع نفتی

سورفکتانت‌ها در صنعت نفت به بهبود عملکرد عملیات حفاری و پالایش و کاهش هزینه‌ها کمک می‌کنند. در فرایند بازیافت نفت با کاهش کشش سطحی بین نفت و آب، جریان نفت را تسهیل کرده و میزان جداسازی آب از نفت را افزایش می‌دهند. از طرفی با کنترل رسوب آسفالتین، ذرات سنگین آن‌را پراکنده کرده و از گرفتگی لوله‌ها و تجهیزات جلوگیری می‌کنند.

این مواد با تولید فوم پایدار در عملیات حفاری نفت، با کاهش اصطکاک جریان سیال انتقال حرارت در فرایند را بهبود داده و بازده عملیات را افزایش می‌دهند. این فوم به‌خصوص در مخازن با فشار پایین یا عملیاتی که کنترل فشار در آن‌ها اهمیت دارد، بسیار موثر است.

از طرفی معمولا در دماهای پایین نفت خام تمایل به تشکیل بلورهای پارافین دارد که دبی خروجی نفت را کاهش داده و باعث گرفتگی لوله‌ها می‌شود. سورفکتانت‌ها با مهار و پراکنده‌سازی بلورهای پارافین، این چالش را نیز برطرف می‌کنند.

سورفکتانت‌ها در پالایشگاه‌های نفت به‌عنوان مواد افزودنی برای جداسازی بهتر ترکیبات نفتی، کاهش کف در مخازن و افزایش بازده فرایندهای شیمیایی نیز استفاده می‌شوند. این مواد با کمک به حل بهتر مواد نامحلول در کلیه فرایندهای شیمیایی، نقش تسهیل‌کننده در استخراج، شستشو و تغییر ساختار مواد شیمیایی مشکل‌زا دارند.

3. صنایع غذایی

سورفکتانت‌ها به دلیل ساختار شیمیایی منحصربه‌فرد خود تاثیر زیادی بر پایداری سیستم‌های کلوئیدی دارند و با تمامی اجزای اصلی آرد (نشاسته، گلوتن و لیپیدها) واکنش نشان می‌دهند. همچنین این مواد به‌عنوان روان‌کننده، ساختار روغن یا چربی موجود در کره‌ها را یکنواخت می‌کنند. افزودن سورفکتانت به انواع مواد غذایی برای بهبود ویژگی‌ها و ساختار محصول نهایی، افزایش ماندگاری ماده غذایی، جلوگیری از چسبندگی مواد و افزایش ماندگاری میزان رطوبت استفاده می‌شود. به این شکل با استفاده از سورفکتانت‌ها در محصولات غذایی، این مواد در مسیر حمل ‌و نقل و هنگام نگهداری بافت یکنواخت خود را حفظ می‌کنند.

4. صنایع دارویی

سورفکتانت‌ها به‌عنوان امولسیون‌کننده، رطوبت‌دهنده، عامل کف‌زا و جلوگیری‌کننده از تولید کف در صنعت تولید دارو نقش غیرقابل جایگزینی دارند. با استفاده از این مواد حلالیت و غلظت برخی از داروهای نامحلول مانند سلولزهای چرب فرار، هورمون‌های استروئیدی و سایر ترکیبات نامحلول را افزایش می‌دهند.

همچنین سورفکتانت‌ها می‌توانند به‌عنوان قارچ‌کش و ضدعفونی‌کننده در پزشکی نیز به کار روند. عملکرد ضدعفونی و استریل‌سازی آن‌ها ناشی از تاثیر قوی بر لایه پروتئین باکتری‌ها است که منجر به دناتوره شدن یا از بین رفتن عملکرد پروتئین می‌شود. از آنجا که ضدعفونی‌کننده‌های حاوی سورفکتانت حلالیت بالایی در آب دارند، بسته به غلظت مورد نظر برای ضدعفونی پوست پیش از عمل جراحی، ضدعفونی زخم یا غشاهای مخاطی، ضدعفونی ابزار و تجهیزات پزشکی و همچنین ضدعفونی محیطی استفاده می‌شوند.

5. صنایع نساجی

سورفکتانت‌ها در در مراحل مختلف تولید الیاف مصنوعی، بافت، رنگرزی، چاپ و تکمیل پارچه‌ها کاربرد بسیاری دارند. آن‌ها به‌عنوان مواد فعال سطحی، با کاهش کشش سطحی، اتصال بین آب و مواد آلی در الیاف را متعادل کرده و در نتیجه ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی پارچه‌ها را بهبود می‌دهند. همچنین به‌عنوان مواد شوینده، ضد‌الاستیک، یکنواخت‌کننده، پراکنده‌کننده، امولسیفایر و مرطوب‌کننده  در فرایندهای تولید پارچه نقش مهمی در ساختار و کیفیت نهایی آن دارند. به‌عنوان مثال در مرحله شستشوی الیاف با حذف آلودگی‌ها و روغن‌ها، کیفیت پارچه را افزایش می‌دهند. در رنگرزی، به یکنواختی رنگ و جلوگیری از رسوب رنگ روی الیاف پارچه کمک می‌کنند. در فرایند تکمیلی تولید پارچه عامل تسهیل‌کننده بهبود ویژگی‌های نهایی آن مانند نرمی، کاهش الکتریسیته ساکن و جذب آب در پارچه هستند.

6. صنعت تولید شوینده‌های خانگی و صنعتی

در صنعت تولید مواد شوینده، سورفکتانت‌ها با کاهش کشش سطحی آب باعث جداسازی راحت تر آلودگی‌ها، چربی‌ها و ذرات جامد از روی سطوح و پارچه‌ها می شوند. این مواد در شوینده‌های مایع و پودری لباس، مایع ظرف‌شویی، صابون‌ها و شامپوها به‌عنوان ماده تمیزکننده اصلی عمل می‌کنند و کیفیت شست‌وشو را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهند. بسته به نوع سورفکتانت، عملکرد هر یک از لحاظ قدرت پاک‌کنندگی متفاوت است. به‌عنوان مثال، سورفکتانت‌های آنیونی قدرت بالایی در پاکسازی چربی دارند. در حالی‌که سورفکتانت‌های کاتیونی بیشتر به‌عنوان نرم‌کننده و ضدالکتریسیته ساکن در شوینده‌های لباس استفاده می‌شوند.

کلام آخر:

سورفکتانت‌ها از طریق کاهش کشش سطحی در محلول‌ها، مجموعه‌ای از تاثیرات فیزیکی و شیمیایی برتولید محصولات نهایی در صنایع مختلف دارند. به همین دلیل، انواع سورفکتانت‌ ها به‌عنوان محصولات شیمیایی انعطاف‌پذیر و چندمنظوره شناخته می‌شوند. کاربرد سورفکتانت ها با توجه به نوع و ساختار شیمیایی مواد تشکیل دهنده محلول متفاوت است. استفاده از غلظت مناسب سورفکتانت در فرایندهای مختلف نیاز به کارشناسی دقیق و دریافت مشاوره از متخصصان هر حوزه دارد. تیم فنی صنایع آرال شیمی، تولید کننده انواع شوینده های اسیدی و قلیایی با کف جهت صنایع مختلف است. این شوینده ها حاوی سورفکتانت های قوی هستند که کارایی محصولات را دوچندان می کند.