الوظائف الخمس الرئيسية للمواد الفعالة بالسطح

1.تأثير الاستحلاب

تُعرَّف الألفة الشاملة للمجموعات المحبة للماء والكارهة للماء في جزيئات المواد الفعالة سطحياً بالزيت أو الماء. وبناءً على الخبرة، يتراوح نطاق قيمة التوازن بين المحبة للماء والكارهة للماء (HLB) للمواد الفعالة سطحياً بين 0 و40، بينما يتراوح نطاقها للمواد الفعالة سطحياً غير الأيونية بين 0 و20.

صيغة إضافة الخلط: HLB = (HLBa Wa + HLBb /Wb) / (Wa + Wb) الحساب النظري: HLB = ∑ (قيمة HLB للمجموعات المحبة للماء) + ∑ (قيمة HLB للمجموعات المحبة للدهون) - 7 HLB: 3-8 مستحلب من نوع ماء/زيت: توين؛ قيمة HLB للصابون أحادي التكافؤ: 8-16 مستحلب من نوع زيت/ماء: سبان؛ صابون ثنائي التكافؤ.

يُطلق على نظام التشتت الخشن الناتج عن تشتيت سائل واحد أو أكثر على شكل قطرات سائلة بقطر أكبر من 10⁻⁷ متر في سائل آخر غير قابل للامتزاج اسم المستحلب. ويجب إضافة مُستحلب للحفاظ على استقراره. وبحسب تركيب المُستحلب، يُمكنه تكوين مستحلب زيت في الماء (O/W) حيث يكون الماء هو الطور المستمر، أو مستحلب ماء في الزيت (W/O) حيث يكون الزيت هو الطور المستمر. في بعض الأحيان، يلزم إضافة نوع آخر من المواد الفعالة سطحياً لفصل المستحلب، ويُسمى هذا النوع مُزيل الاستحلاب. يعمل مُزيل الاستحلاب على فصل الطور المُشتت عن وسط التشتت في المستحلب. على سبيل المثال، تُضاف مُزيلات الاستحلاب إلى النفط الخام لفصل الزيت عن الماء.

2. تأثيرات الرغوة وإزالة الرغوة

تُستخدم المواد الفعالة بالسطح على نطاق واسع في صناعة الأدوية. ففي المستحضرات الصيدلانية، تُكوّن العديد من الأدوية غير القابلة للذوبان في الماء، مثل بعض الزيوت الطيارة والسليلوز القابل للذوبان في الدهون والهرمونات الستيرويدية، محاليل شفافة، وتزداد تركيزاتها بفضل تأثير المواد الفعالة بالسطح في إذابتها. وفي عملية تحضير الأدوية، تُعدّ هذه المواد عوامل أساسية للاستحلاب والترطيب والتعليق والتكوين الرغوي وإزالة الرغوة. وتُعرَّف الرغوة بأنها غاز محصور بغشاء سائل. ويمكن لبعض المواد الفعالة بالسطح أن تُكوّن أغشية ذات قوة معينة عند مزجها بالماء، مما يحبس الهواء مُولِّدًا الرغوة؛ وتُسمى هذه المواد عوامل التكوين الرغوي، وتُستخدم في عمليات التعويم الرغوي، وإطفاء الحرائق بالرغوة، والتنظيف وإزالة البقع. في المقابل، تُعدّ عوامل إزالة الرغوة ضرورية في بعض الحالات: على سبيل المثال، تتولد رغوة زائدة أثناء إنتاج السكر ومعالجة الأدوية الصينية التقليدية، لذا يجب إضافة مواد فعالة بالسطح مناسبة لتقليل قوة الغشاء السائل، والقضاء على الفقاعات، ومنع الحوادث.

3. تأثير التعليق

في صناعة المبيدات الحشرية،يتطلب تحضير المساحيق القابلة للترطيب، والمُركّزات القابلة للاستحلاب، والمستحلبات المُركّزة، كمية مُحدّدة من المواد الفعّالة سطحياً. فعلى سبيل المثال، تتكوّن المكوّنات الفعّالة في المساحيق القابلة للترطيب في الغالب من مركبات عضوية ذات خاصية كارهة للماء. ولا يُمكن ترطيب جزيئات المبيد بالماء وتكوين مُعلّقات مائية إلا بوجود المواد الفعّالة سطحياً، التي تُقلّل من التوتر السطحي للماء.

يعتمد استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي في عملية تعويم الخامات على تأثيرها المُساعد في عملية التعويم. يُحرّك لبّ الخام مع نفخ الهواء من قاع الخزان، فتتجمع الفقاعات الحاملة لجزيئات الخام الفعّالة على السطح. تُجمع هذه الفقاعات، ويُكسر الرغوة ويُركّز لتحقيق هدف إثراء الخام. يبقى الطمي والصخور الخالية من الخام في قاع الخزان ويُزالان بانتظام. عندما تُغطّى 5% من سطح جزيئات الخام بالمواد المُجمّعة، يصبح السطح كارهًا للماء، مما يؤدي إلى التصاق جزيئات الخام بالفقاعات وطفوها إلى سطح السائل ليسهل جمعها. يجب اختيار المواد المُجمّعة المناسبة بحيث تُمتص مجموعاتها المحبة للماء فقط على سطح جزيئات الخام، بينما تتجه مجموعاتها الكارهة للماء نحو الماء.

4. التطهير والتعقيم

في صناعة الأدوية، تُستخدم هذه المواد كمبيدات للفطريات ومطهرات. ويعود تأثيرها المبيد للجراثيم والمطهر إلى تفاعلها القوي مع البروتينات الموجودة في الأغشية الحيوية البكتيرية، مما يؤدي إلى تغيير طبيعة هذه البروتينات أو تعطيلها. تتميز هذه المطهرات بذوبانها العالي نسبيًا في الماء. وبحسب التركيز المستخدم، يمكن تطبيقها في تطهير الجلد قبل العمليات الجراحية، وتطهير الجروح أو الأغشية المخاطية، وتطهير الأدوات، وتطهير البيئة.

5. تأثير منظف ومنظف

إزالة الأوساخ الدهنية عملية معقدة نسبيًا، ترتبط بوظائف مثل الترطيب والرغوة. عادةً ما تحتاج المنظفات إلى إضافة مكونات مساعدة متنوعة لتعزيز ترطيب الأسطح المراد تنظيفها، كما أنها تؤدي وظائف أخرى مثل الرغوة والتبييض وتغطية السطح النظيف لمنع إعادة التلوث. ومن بين هذه المكونات، تتمثل عملية إزالة التلوث بواسطة المواد الفعالة سطحيًا، وهي المكونات الرئيسية، فيما يلي: يتميز الماء بتوتر سطحي عالٍ وقدرة ترطيب ضعيفة على بقع الزيت، مما يجعل غسلها صعبًا. بعد إضافة المواد الفعالة سطحيًا، تواجه المجموعات الكارهة للماء سطح القماش وتلتصق بالأوساخ، مما يؤدي إلى انفصالها تدريجيًا عن السطح. تبقى الأوساخ معلقة في الماء أو تطفو على السطح مع الرغوة ثم تُزال، ويغطي السطح النظيف جزيئات المواد الفعالة سطحيًا. أخيرًا، تجدر الإشارة إلى أن وظيفة المواد الفعالة سطحيًا لا تقتصر على جانب واحد فقط من دورها؛ ففي كثير من الحالات، هي نتيجة لتضافر عدة عوامل. على سبيل المثال، في صناعة الورق، يمكن استخدامها كعوامل طهي، وعوامل إزالة الحبر من الورق المستعمل، وعوامل تحجيم، وعوامل التحكم في حاجز الراتنج، ومضادات الرغوة، ومنعمات، وعوامل مضادة للكهرباء الساكنة، ومثبطات الترسبات، ومنعمات، ومزيلات الشحوم، ومبيدات الجراثيم والطحالب، ومثبطات التآكل، وما إلى ذلك.