একটি প্রবন্ধে উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্ট বোঝা—অ্যামিনো অ্যাসিড প্রকার এবং বেটেইন প্রকার

উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্ট হলো এমন সারফ্যাক্ট্যান্ট যা একই অণুতে অ্যানায়নিক হাইড্রোফিলিক গ্রুপ এবং ক্যাটায়নিক হাইড্রোফিলিক গ্রুপ উভয়ই ধারণ করে। এদের সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য হলো এরা প্রোটন দান এবং গ্রহণ উভয়ই করতে পারে। ব্যবহারের সময় এদের নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্য থাকে: উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্ট সাধারণত ধোয়া, বিচ্ছুরণ, ইমালসিফিকেশন, জীবাণুমুক্তকরণ, তন্তু নরম করা এবং অ্যান্টিস্ট্যাটিক-এ ভালো কাজ করে এবং ফ্যাব্রিক ফিনিশিং সহায়ক, ডাইং সহায়ক, ক্যালসিয়াম সাবান বিচ্ছুরক, ড্রাই-ক্লিনিং সারফ্যাক্ট্যান্ট এবং ধাতু ক্ষয় প্রতিরোধক ইত্যাদি হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। কাপড়ের জন্য এদের চমৎকার কোমলতা, মসৃণতা এবং অ্যান্টিস্ট্যাটিক বৈশিষ্ট্য; নির্দিষ্ট ব্যাকটেরিয়ানাশক এবং ছত্রাক-প্রতিরোধী বৈশিষ্ট্য; এবং ভালো ইমালসিফিকেশন ও বিচ্ছুরণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে। তবে, এই ধরণের সারফ্যাক্ট্যান্ট তুলনামূলকভাবে ব্যয়বহুল এবং এর প্রকৃত প্রয়োগের পরিসর অন্যান্য ধরণের সারফ্যাক্ট্যান্টের তুলনায় ছোট। এটি একটি মৃদু সারফ্যাক্ট্যান্ট। একক অ্যানায়নিক বা ক্যাটায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্টের বিপরীতে, উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্ট অণুর এক প্রান্তে অ্যাসিডিক এবং বেসিক উভয় গ্রুপই থাকে। অম্লীয় গ্রুপগুলো প্রধানত কার্বক্সিল, সালফোনিক অ্যাসিড বা ফসফেট গ্রুপ, অন্যদিকে ক্ষারীয় গ্রুপগুলো হলো অ্যামিনো বা কোয়াটারনারি অ্যামোনিয়াম গ্রুপ। এগুলোকে অ্যানায়নিক ও নন-আয়নিক সারফ্যাক্ট্যান্টের সাথে মেশানো যায় এবং এগুলো অ্যাসিড, ক্ষার, লবণ ও ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতব লবণের বিরুদ্ধে প্রতিরোধী।

বর্তমানে, সচরাচর ব্যবহৃত সিন্থেটিক অ্যাম্ফোটেরিক সারফ্যাক্ট্যান্টগুলোর অ্যানায়নিক অংশ হিসেবে অধিকাংশই কার্বোক্সিলেট গ্রুপ থাকে, এবং কয়েকটিতে সালফোনেট গ্রুপও থাকে; এদের ক্যাটায়নিক অংশগুলো প্রধানত অ্যামিন সল্ট বা কোয়াটারনারি অ্যামোনিয়াম সল্ট। যাদের ক্যাটায়নিক অংশ অ্যামিন সল্ট, তাদেরকে অ্যামিনো অ্যাসিড টাইপ বলা হয়; আর যাদের ক্যাটায়নিক অংশ কোয়াটারনারি অ্যামোনিয়াম সল্ট, তাদেরকে বেটেইন টাইপ বলা হয়।

1. অ্যামিনো অ্যাসিডের ধরন

অ্যামিনো অ্যাসিড-জাতীয় উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্টের জলীয় দ্রবণ ক্ষারীয়। নাড়াচাড়া করতে করতে ধীরে ধীরে হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড যোগ করলে, দ্রবণটি নিরপেক্ষ হয়ে গেলেও কোনো পরিবর্তন হয় না। দ্রবণটি সামান্য অম্লীয় হয়ে গেলে অধঃক্ষেপ তৈরি হয়। দ্রবণটিকে তীব্রভাবে অম্লীয় করার জন্য আরও হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড যোগ করা হলে, অধঃক্ষেপটি আবার দ্রবীভূত হয়ে যায়। এটি নির্দেশ করে যে এটি ক্ষারীয় পরিবেশে অ্যানায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্ট এবং অম্লীয় পরিবেশে ক্যাটায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্ট হিসেবে আচরণ করে। তবে, যখন আইসোইলেকট্রিক পয়েন্টে ক্যাটায়নিক এবং অ্যানায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলো ঠিক ভারসাম্যপূর্ণ থাকে, তখন হাইড্রোফিলিসিটি কমে যায়, যার ফলে অধঃক্ষেপ তৈরি হয়। অণুতে অ্যানায়নটি হলো কার্বক্সিল গ্রুপ এবং ক্যাটায়নটি হলো অ্যামোনিয়াম লবণ। এই ধরনের সারফ্যাক্ট্যান্ট মাধ্যমের pH পরিবর্তনের সাথে সাথে বিভিন্ন পৃষ্ঠীয় সক্রিয়তা প্রদর্শন করে। উদাহরণস্বরূপ, ডোডেসাইলঅ্যামিনোপ্রোপিওনিক অ্যাসিড (C12H25N+H2CH2CH2COO-) সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড মাধ্যমে সোডিয়াম ডোডেসাইলঅ্যামিনোপ্রোপিওনেট (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) এ রূপান্তরিত হতে পারে, যা একটি জলে দ্রবণীয় অ্যানায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্ট হিসেবে কাজ করে। হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড মাধ্যমে, এটি ডোডেসাইলঅ্যামিনোপ্রোপিওনিক অ্যাসিডের হাইড্রোক্লোরাইড লবণ [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-] এ রূপান্তরিত হতে পারে, যা একটি জলে দ্রবণীয় ক্যাটায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্ট হিসেবে কাজ করে। যদি মাধ্যমের pH এমনভাবে সামঞ্জস্য করা হয় যাতে ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক চার্জ ঠিকভাবে ভারসাম্যপূর্ণ হয়, তবে এটি একটি অভ্যন্তরীণ লবণে (C12H25N+H2CH2CH2COO-) রূপান্তরিত হয়, যা জলে স্বল্প দ্রবণীয় এবং অধঃক্ষিপ্ত হয়। এই বিন্দুর pH-কে আইসোইলেকট্রিক পয়েন্ট বলা হয়। অ্যামিনো অ্যাসিড-জাতীয় উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্টের প্রভাব সম্পূর্ণরূপে কার্যকর করার জন্য, এগুলোকে অবশ্যই এমন জলীয় দ্রবণে ব্যবহার করতে হবে যার pH আইসোইলেকট্রিক পয়েন্ট থেকে বিচ্যুত হয়। অ্যামিনো অ্যাসিড-জাতীয় উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্ট প্রস্তুতিতে ব্যবহৃত সাধারণ কাঁচামালগুলোর মধ্যে রয়েছে উচ্চতর অ্যালিফ্যাটিক প্রাইমারি অ্যামিন, মিথাইল অ্যাক্রিলেট (অ্যাক্রিলেট এস্টার দেখুন), অ্যাক্রিলোনাইট্রাইল এবং ক্লোরোঅ্যাসিটিক অ্যাসিড।

1. Bএতেইন টাইপ

বেটাইন-জাতীয় উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্টগুলোর সবচেয়ে বড় বৈশিষ্ট্য হলো, এগুলো অম্লীয়, নিরপেক্ষ বা ক্ষারীয়—যেকোনো ধরনের জলীয় দ্রবণে দ্রবণীয়। এমনকি আইসোইলেকট্রিক পয়েন্টেও এগুলো অধঃক্ষেপ তৈরি করে না। এছাড়াও, এদের ভেদ্যতা, ডিটারজেন্সি এবং অ্যান্টিস্ট্যাটিক কর্মক্ষমতার মতো ভালো বৈশিষ্ট্যও রয়েছে। তাই, এগুলো ভালো ইমালসিফায়ার এবং সফটনার।

কার্বক্সিবেটাইন

অণুতে অ্যানায়নটি হলো কার্বক্সিল গ্রুপ এবং ক্যাটায়নটি হলো কোয়াটারনারি অ্যামোনিয়াম গ্রুপ। উদাহরণস্বরূপ, অ্যালকাইল ডাইমিথাইল বেটেইন [RN+(CH3)2CH2COO-], যেখানে অ্যালকাইল গ্রুপ R-এ ১২ থেকে ১৮টি কার্বন পরমাণু রয়েছে। অ্যামিনো অ্যাসিড ধরনের তুলনায়, বেটেইন ধরনের পদার্থ অম্লীয়, নিরপেক্ষ বা ক্ষারীয় মাধ্যমে জলে দ্রবীভূত হতে পারে এবং এমনকি আইসোইলেকট্রিক পয়েন্টেও অধঃক্ষেপ তৈরি করে না, তাই এগুলো যেকোনো pH-এর জলীয় দ্রবণে ব্যবহার করা যায়। অম্লীয় মাধ্যমে, যখন আইসোইলেকট্রিক পয়েন্টের pH কম থাকে, তখন এটি একটি জলে দ্রবণীয় ক্যাটায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্ট [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-] হিসেবে আচরণ করে; নিরপেক্ষ বা ক্ষারীয় মাধ্যমে, অর্থাৎ, যখন pH আইসোইলেকট্রিক পয়েন্টের সমান বা তার চেয়ে বেশি হয়, তখন এটি একটি জলে দ্রবণীয় অ্যাম্ফোটেরিক সারফ্যাক্ট্যান্ট হিসেবে আচরণ করে এবং অ্যানায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্ট হিসেবে আচরণ করে না। উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্টগুলো কেবলমাত্র অম্লীয় মাধ্যমে অ্যানায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্টের সাথে অধঃক্ষেপ তৈরি করে। এগুলো বিভিন্ন pH মানের মাধ্যমে যেকোনো ধরনের সারফ্যাক্ট্যান্টের সাথে একত্রে ব্যবহার করা যায়। বেটেইন-ধরনের উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্ট তৈরির জন্য ব্যবহৃত সাধারণ কাঁচামালগুলোর মধ্যে রয়েছে অ্যালকাইল ডাইমিথাইল টারশিয়ারি অ্যামাইন এবং সোডিয়াম ক্লোরোঅ্যাসিটেট ইত্যাদি।

সালফোবেটাইন

অণুতে অ্যানায়নিক গ্রুপটি হলো সালফো গ্রুপ (SO3-), এবং ক্যাটায়নিক গ্রুপটি হলো কোয়াটারনারি অ্যামোনিয়াম গ্রুপ। সাধারণত ব্যবহৃত হয় অ্যালকাইল ডাইমিথাইল সালফোনইথাইল বেটেইন [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] এবং অ্যালকাইল ডাইমিথাইল সালফোপ্রোপাইল বেটেইন [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]। ফর্মুলায় অ্যালকাইল গ্রুপ R-এর কার্বন পরমাণুর সংখ্যা ১২ থেকে ১৮ পর্যন্ত হয়ে থাকে। সালফোবেটেইনের ব্যাপক বৈশিষ্ট্য রয়েছে; এগুলোতে সাধারণ বেটেইনের সমস্ত সুবিধা তো আছেই, তার সাথে উচ্চ ঘনত্বের অ্যাসিড, ক্ষার এবং লবণের বিরুদ্ধে প্রতিরোধের মতো অনন্য সুবিধাও রয়েছে। বর্তমানে, সালফোপ্রোপাইল বেটেইনের পরিবর্তে হাইড্রোক্সি সালফোপ্রোপাইল [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] ব্যবহৃত হয়, কারণ সালফোপ্রোপাইল বেটেইন উৎপাদনের সময় মানবদেহের জন্য ক্ষতিকর পদার্থ তৈরি করে। এদের গঠনে হাইড্রোক্সিল গ্রুপের সাথে অ্যানায়নিক ও ক্যাটায়নিক উভয় গ্রুপের উপস্থিতির কারণে, এদের মধ্যে উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্টের সমস্ত সুবিধা তো থাকেই, তার সাথে এরা উচ্চ ঘনত্বের অ্যাসিড, ক্ষার ও লবণের বিরুদ্ধে প্রতিরোধ ক্ষমতা, ভালো ইমালসিফাইং, ডিসপার্সিং ও অ্যান্টিস্ট্যাটিক বৈশিষ্ট্য, এবং সেইসাথে ব্যাকটেরিয়ানাশক, ছত্রাকনাশক ও ভিসকোইলাস্টিক বৈশিষ্ট্যও প্রদর্শন করে। এগুলি চমৎকার সার্বিক কর্মক্ষমতাসম্পন্ন সারফ্যাক্ট্যান্ট এবং দৈনন্দিন রাসায়নিক কাজ, তেলক্ষেত্রের তেল অপসারণ, ফ্র্যাকচারিং এবং অ্যাসিডাইজিং-এর মতো বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে প্রয়োগ করা হয়েছে।

ফসফোলিপিড বেটেইন

অণুতে অ্যানায়নিক গ্রুপটি হলো ফসফেট গ্রুপ (HPO4-), এবং ক্যাটায়নিক গ্রুপটি হলো কোয়াটারনারি অ্যামোনিয়াম গ্রুপ। উদাহরণস্বরূপ, অ্যালকাইল ডাইমিথাইল হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল ফসফেট বেটেইন [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], যেখানে অ্যালকাইল গ্রুপ R-এ ১২ থেকে ১৮টি কার্বন পরমাণু রয়েছে। এই গঠনটি নির্ধারণ করে যে এটি কেবল উভধর্মী সারফ্যাক্ট্যান্টের চমৎকার বৈশিষ্ট্য যেমন ভেদ্যতা, ডিটারজেন্সি, দ্রবণীয়তা, ইমালসিফাইং ও ডিসপার্সিং বৈশিষ্ট্য, অ্যান্টিস্ট্যাটিক বৈশিষ্ট্য, তাপীয় স্থিতিশীলতা, সেইসাথে ভালো সামঞ্জস্যতা, কম জ্বালাপোড়া এবং সাধারণ অ্যানায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্টের তুলনায় উন্নত ক্ষার প্রতিরোধ ক্ষমতা, ইলেক্ট্রোলাইট প্রতিরোধ ক্ষমতা ও অ্যান্টিস্ট্যাটিক বৈশিষ্ট্যের মতো সুবিধাই ধারণ করে না, বরং এর শক্তিশালী ক্যালসিয়াম সাবান ডিসপার্সিবিলিটি, কম পৃষ্ঠটান এবং চমৎকার ফোমিং পারফরম্যান্সও রয়েছে।