سورفكتانت كه ماده فعال سطحی نیز نامیده می‌شود، ماده‌ای مانند یك شوینده است كه با افزوده شدن به یك مایع، سبب كاهش كشش سطحی آن مایع می‌شود، این عمل سبب افزایش خصوصیت تركنندگی و انتشار آن می‌شود. در فرآیند رنگ‌آمیزی منسوجات، سورفكتانت به گسترش رنگ به درون بافت پارچه كمك می‌كند. این ماده به پخش سوسپانسیون‌های نامحلول رنگ‌ها و عطرها كمك می‌كند.
مولكول فعال سطحی باید به شكل جزئی آب دوست (محلول در آب) و چربی دوست (محلول در چربی یا روغن) باشد. برخی از سورفكتانت‌ها كه بیشتر چربی دوست و كمتر آب دوست هستند می‌توانند به عنوان عوامل ضد كف یا امولسیون شكن به كار روند. از طرفی سورفكتانت‌های مشخصی ضد میكروب، ضد قارچ و حشره‌كش هستند. همچنین سورفكتانت‌ها در كنترل خوردگی حین فرایند معلق سازی سنگ معدن استفاده می‌شوند تا به حركت جریان روغن در خلل و فرج سنگ‌ها و تولید آئروسل كمك نمایند.
سورفكتانت‌ها از متنوع‌ترین محصولات صنایع شمیایی هستند. این تركیبات در صنایع بسیاری از شوینده‌های خانگی تا گِل‌های حفاری و مواد غذایی و محصولات دارو آرایشی استفاده می‌شوند.
واژه سورفكتانت كه از عبارت Surface active agent استخراج شده است در زبان فارسی ماده فعال سطحی ترجمه می‌شود. این تركیبات آمفی فیلیك یا دوگانه دوست هستند كه دارای دو بخش آب دوست و چربی دوست بوده و در محیط آب-هوا جذب می‌شود. در چنین محیطی این مولكول‌ها به یكدیگر چسبیده تا بخش چربی دوست و یا آب گریز آنها به سمت هوا (خارج از آب) و بخش آبدوست آنها در داخل آب قرار گیرد. این پدیده سبب كاهش كشش سطحی محلول می‌شود.
اصول پایه سورفكتانت‌ها
همانطور كه گفته شد سورفكتانت‌ها آمفی فیلیك بوده و دارای دو بخش آبدوست و آبگریز یا چربی دوست هستند. دم چربی دوست این مولكول‌ها یك هیدروكربن، فلوئورو كربن و یا سیلوكسان است. سورفكتانت‌ها معمولا بر اساس سر قطبی و دم هیدروكربنی خود تقسیم بندی می‌شوند.
انواع سورفكتانت
سر آب دوست هر سورفكتانت دارای بار الكتریكی است. این بار الكتریكی می‌تواند مثبت، منفی و یا خنثی باشد. بر اساس بار الكتریكی سر آب دوست، سورفكتانت به دسته‌های آنیونی، كاتیونی، غیریونی و آمفوتر تقسیم می‌شود.
سورفكتانت آنیونی
سورفكتانت آنیونی دارای بار منفی روی سر آب دوست خود است. بار منفی به مولكول‌های سورفكتانت در شكل‌گیری میسل كمك می‌كند. از آنجا كه این مواد توانایی حمله به رنج وسیعی از آلودگی را دارند، سورفكتانت‌های آنیونی عمدتا در صابون و شوینده‌ها به كار می‌رود. سورفكتانت آنیونی در هنگام اختلاط با آب كف بسیاری ایجاد می‌كند. اين ماده برای جذب و تشكیل میسل دور جرم و كثیفی مناسب است اما از خاصیت امولسیون كنندگی خوبی برخوردار نیست.
سولفات‌ها، سولفونات‌ها و گلوكونات‌ها از مهمترین سورفكتانت‌های آنیونی هستند.
سورفكتانت غیر یونی
سورفكتانت‌های غیر یونی خنثی بوده و هیچگونه باری بر روی سر آب دوست آنها وجود ندارد. سورفكتانت‌های غیر یونی در امولسیون كنندگی روغن‌ها و حذف جرم‌های آلی، از انواع سورفكتانت‌های آنیونی بهتر هستند. این دو نوع سورفكتانت برای تشكیل پاك‌كننده دوكاره و چند منظوره با یكدیگر به كار می‌روند. به این صورت نه تنها می‌توانند ذرات جرم را جدا و در میسل قرار دهند كه به خوبی ذرات جرم روغنی را نیز به صورت محلول در می‌آورند.
به طور مشخص سورفكتانت‌های غیریونی، غیر كف زا و یا با كف كم هستند. این خاصیت باعث می‌شود كه بتوان از آنها در ساخت شوینده‌های كم كف استفاده كرد.
سورفكتانت‌های غیریونی دارای یك خاصیت یكتا به نام نقطه ابری هستند. نقطه ابری دمایی است كه در آن ماده فعال سطحی شروع به جدا شدن از محلول پاك كننده می‌كند كه به آن جدایش فاز هم می‌گویند. وقتی این پدیده رخ می‌دهد محلول پاك كننده كدر می‌شود. در اینجا باید دمای بهینه شویندگی را در نظر گرفت. برای پاك كننده‌های كم كف، شویندگی بهینه در نقطه ابری حاصل می‌شود. از طرفی برای پاك كننده‌های فومی، شویندگی بهینه تنها زیر نقطه ابری و یا در آغاز این پدیده بدست می‌آید. هم زدن پاك كننده‌های كم كف برای برهم زدن تشكیل نقطه ابری كفایت می‌كند.
دمای نقطه ابری شدن به نسبت بخش‌های آب دوست و آب گریز سورفكتانت غیریونی بستگی دارد. برخی نقاط ابری در دمای اتاق تشكیل می‌شود در حالیكه برای برخی دمای بالا نیاز است. برخی از غیر یونی‌ها فاقد نقطه ابری هستند كه دلیل آن نسبت بالای اجزا آب دوست و آبگریز است.
نمونه‌هایی از مواد فعال سطحی غیر یونی اتوكسیلات‌ها، آلكوكسیلات‌ها و كوكامیدها است.
سورفكتانت‌های كاتیونی
سورفكتانت‌های كاتیونی یك بار مثبت روی انتهای آب دوست خود دارند. بار مثبت آنها را برای استفاده در محصولات ضد الكتریسیته ساكن مانند نرم كننده لباس مناسب می‌سازد. سورفكتانت‌های كاتیونی به عنوان عوامل ضدمیكروب نیز به كار می‌روند و از این رو همواره یكی از اجزا گندزداها هستند.
سورفكتانت‌های كاتیونی نمی‌توانند در كنار سورفكتانت آنیونی به كار روند. اگر بار مثبت این سورفكتانت‌ها با بار منفی سورفكتانت آنیونی برخورد كند، هر دو ماده از محلول خارج شده و دیگر اثربخش نیستند. سورفكتانت‌های كاتیونی و غیر یونی غالبا با یكدیگر امتزاج پذیر هستند.
یكی از مهمترین انواع سورفكتانت‌های كاتیونی آلكیل آمونیوم كلرید‌ها است.
سورفكتانت آمفوتری
سورفكتانت‌های آمفوتری دارای هر دو بار مثبت و منفی بر روی سر آبدوست خود هستند. pH هر محلولی نوع برهمكنش سورفكتانت‌های آمفوتری را مشخص می‌كند. در محلول‌های اسیدی، سورفكتانت آمفوتری دارای بار مثبت شده و مشابه سورفكتانت‌های كاتیونی عمل می‌كند. در محلول‌های قلیایی این مواد مواد مشابه سورفكتانت آنیونی عمل می‌كنند.
سورفكتانت‌های آمفوتری اغلب در محصولات بهداشت شخصی مانند شامپو استفاده می‌شوند. نمونه‌های پركاربرد این سورفكتانت‌ها بتائین‌ها و آمینو اكسیدها هستند.
به طور خلاصه سورفكتانت‌های آنیونی و كاتیونی بیشترین استفاده را در صنعت دارند. سورفكتانت‌های آنیونی در محصولات پاك‌كننده از جمله شوینده‌های لباس و شامپوها دیده می‌شوند. سورفكتانت‌های غیریونی در صنایع غذایی و به عنوان عامل تر كننده به كار می‌روند. هر دو سورفكتانت كاتیونی و آمفوتری دارای كاربرد‌های خاص و همینطور تولید پرهزینه‌تر هستند.
جذب سورفكتانت در محیط
به دلیل اینكه ذات سورفكتانت‌ها آمفی فیلیك است، این مواد در محیط‌های آب-هوا و آب-روغن جذب می‌شوند. در چنین محیطی این مولكول‌ها به یكدیگر چسبیده تا بخش چربی دوست و یا آب گریز آنها به سمت هوا (خارج از آب) و بخش آبدوست آنها در داخل آب قرار گیرد.
برای سادگی، اجازه دهید محیط آب-هوا را در نظر بگیریم. نیروی چسبندگی یا جاذبه بین مولكول‌های آب سبب ایجاد یك كشش سطحی زیاد بر روی سطح آن می‌شود. با جذب سورفكتانت‌ها این برهمكنش بین مولكولی شكسته می‌شود. برهمكنش بین مولكولی بین مولكول‌های آب و سورفكتانت به مراتب كمتر از مولكول‌های آب با یكدیگر است كه این موضوع سبب كاهش كشش سطحی خواهد شد. هنگامی كه غلظت سورفكتانت بالا باشد، میسل (مایسل) تشكیل می‌شود. نقطه‌ای كه در آن یك میسل تشكیل می‌شود غلظت بحرانی میسل یا CMC نامیده می‌شود.
هدف اصلی از كاربرد سورفكتانت‌ها كاهش كشش سطحی و بین سطحی و پایدار كردن سطوح است. بدون سورفكتانت‌ها شستشوی البسه سخت می‌شد و از طرفی بسیاری از محصولات غذایی مانند مایونز و بستنی وجود نداشت. از این رو بهینه‌سازی سورفكتانت‌ها برای كاربرد‌های مختلف بسیار مهم است و اندازه‌گیری كشش سطحی و بین سطحی از اهمیت بالایی برخوردار است.
كاربرد سورفكتانت‌ها در پاك‌كننده‌ها چگونه است؟
سورفكتانت‌ها مواد اولیه كلیدی در محصولات پاك كننده هستند. نكته متمایز كننده در خصوص محصولات پاك كننده این است كه آنها چطور ساخته می‌شوند. پاك كننده‌هایی كه از یك ماده شیمیایی با هدف زدودن یك نوع كثیفی ساخته می‌شوند به عنوان پاك كننده عمومی شناخته می‌شود. پاك كننده‌هایی كه مخلوطی از چندین ماده شیمیایی هستند و برای حذف بسیاری از انواع آلودگی‌ها طراحی شده‌اند به عنوان پاك كننده‌های فرموله شده شناخته می‌شوند.
پاك كننده‌های فرموله شده معمولا شامل چهار عنصر اصلی شامل سورفكتانت‌ها، بیلدرها، هیدروتروپها و حامل‌ها هستند. هیدروتروپها مواد شیمیایی هستند كه سورفكتانت‌ها و بیلدرها را در محلول پایدار نگه می‌دارند. حامل نيز در اینجا آب یا حلال است. این مواد با كار كردن در كنار یكدیگر سبب ایجاد یك فعالیت مكانیكی برای حذف آلودگی‌ها می‌شوند. نتیجه نهایی محصولی است كه می‌تواند به كثیفی روی سطوح با طیف گسترده‌ای از مكانیزم‌های پاك كنندگی شامل امولسیون كنندگی، جذب، واجذب، احتباس، معلق سازی و تجزیه كردن حمله كرده و آن را حذف كند. نوع سورفكتانت‌های به كار رفته در محصولات پاك كننده به میزان زیادی بر اساس نوع آلودگی یا كثیفی تعیین می‌شود تا بهترین پاك كنندگی را داشته باشد.
مراجع:
https://www.britannica.com/science/surfactant
http://ipcol.com/cleaners/micro-90
https://www.biolinscientific.com/blog/what-is-critical-micelle-concentration