Befugtningseffekt, krav: HLB: 7-9
Befugtning defineres som det fænomen, hvor gas adsorberet på en fast overflade fortrænges af en væske. Stoffer, der kan forbedre denne fortrængningskapacitet, kaldes befugtningsmidler. Befugtning er generelt kategoriseret i tre typer: kontaktbefugtning (adhæsionsfugtning), nedsænkningsfugtning (nedsænkningsfugtning) og spredningsfugtning (spredning). Blandt disse repræsenterer spredning den højeste standard for befugtning, og spredningskoefficienten bruges ofte som en indikator til at evaluere befugtningsevnen mellem forskellige systemer. Derudover er kontaktvinklen også et kriterium for at bedømme befugtningens kvalitet. Overfladeaktive stoffer kan bruges til at kontrollere graden af befugtning mellem flydende og faste faser.
I pesticidindustrien indeholder nogle granulære formuleringer og støvpulvere også en vis mængde overfladeaktive stoffer. Deres formål er at forbedre pesticidens vedhæftning og aflejringsmængde på måloverfladen, accelerere frigivelseshastigheden og udvide spredningsområdet for de aktive ingredienser under fugtige forhold og derved forbedre effektiviteten af sygdomsforebyggelse og -behandling.
I kosmetikindustrien fungerer overfladeaktive stoffer som emulgatorer og er uundværlige komponenter i hudplejeprodukter såsom cremer, lotions, ansigtsrensemidler og makeupfjernere.
Miceller og solubilisering,krav: C > CMC (HLB 13–18)
Den minimale koncentration, hvor overfladeaktive molekyler danne miceller. Når koncentrationen overstiger CMC-værdien, arrangerer overfladeaktive molekyler sig i strukturer såsom sfæriske, stavlignende, lamellære eller pladelignende konfigurationer.
Solubiliseringssystemer er termodynamiske ligevægtssystemer. Jo lavere CMC og jo højere associationsgrad, desto større er den maksimale additivkoncentration (MAC). Temperaturens effekt på solubilisering afspejles i tre aspekter: den påvirker micelledannelse, opløseligheden af solubilisater og opløseligheden af selve overfladeaktive stoffer. For ioniske overfladeaktive stoffer stiger deres opløselighed kraftigt med stigende temperatur, og den temperatur, hvor denne pludselige stigning sker, kaldes Krafft-punktet. Jo højere Krafft-punktet er, desto lavere er den kritiske micellekoncentration.
For ikke-ioniske polyoxyethylen-overfladeaktive stoffer falder deres opløselighed kraftigt, når temperaturen stiger til et vist niveau, og der sker udfældning, hvilket får opløsningen til at blive uklar. Dette fænomen er kendt som uklarhed, og den tilsvarende temperatur kaldes uklarhedspunktet. For overfladeaktive stoffer med samme polyoxyethylenkædelængde gælder, at jo længere kulbrintekæden er, desto lavere er uklarhedspunktet; omvendt, med samme kulbrintekædelængde gælder, at jo længere polyoxyethylenkæden er, desto højere er uklarhedspunktet.
Ikke-polære organiske stoffer (f.eks. benzen) har meget lav opløselighed i vand. Tilsætning af overfladeaktive stoffer, såsom natriumoleat, kan dog betydeligt forbedre benzens opløselighed i vand – en proces, der kaldes solubilisering. Solubilisering er forskellig fra almindelig opløsning: den opløste benzen er ikke ensartet dispergeret i vandmolekyler, men fanget i micellerne dannet af oleationer. Røntgendiffraktionsstudier har bekræftet, at alle typer miceller udvider sig i varierende grad efter solubilisering, mens de kolligative egenskaber af den samlede opløsning forbliver stort set uændrede.
Efterhånden som koncentrationen af overfladeaktive stoffer i vand stiger, akkumuleres overfladeaktive molekyler på væskeoverfladen og danner et tætpakket, orienteret monomolekylært lag. Overskydende molekyler i bulkfasen aggregerer med deres hydrofobe grupper vendt indad og danner miceller. Den minimale koncentration, der kræves for at starte micelledannelse, defineres som den kritiske micellekoncentration (CMC). Ved denne koncentration afviger opløsningen fra den ideelle adfærd, og et tydeligt vendepunkt vises på overfladespænding vs. koncentrationskurven. Yderligere forøgelse af overfladeaktivt stofkoncentrationen vil ikke længere reducere overfladespændingen; i stedet vil det fremme den kontinuerlige vækst og multiplikation af miceller i bulkfasen.
Når overfladeaktive molekyler dispergeres i en opløsning og når en specifik koncentrationstærskel, associerer de sig fra individuelle monomerer (ioner eller molekyler) til kolloide aggregater kaldet miceller. Denne overgang udløser pludselige ændringer i opløsningens fysiske og kemiske egenskaber, og den koncentration, hvorved dette sker, kaldes CMC. Processen med micelledannelse kaldes micellisering.
Dannelsen af miceller i vandige overfladeaktive opløsninger er en koncentrationsafhængig proces. I ekstremt fortyndede opløsninger er vand og luft næsten i direkte kontakt, så overfladespændingen falder kun en smule og forbliver tæt på rent vands, med meget få overfladeaktive molekyler dispergeret i bulkfasen. Når koncentrationen af overfladeaktivt stof stiger moderat, adsorberes molekylerne hurtigt på vandoverfladen, hvilket reducerer kontaktarealet mellem vand og luft og forårsager et kraftigt fald i overfladespændingen. I mellemtiden aggregerer nogle overfladeaktive molekyler i bulkfasen med deres hydrofobe grupper justeret og danner små miceller.
Efterhånden som koncentrationen fortsætter med at stige, og opløsningen når mætningsadsorption, dannes en tætpakket monomolekylær film på væskeoverfladen. Når koncentrationen rammer CMC, når opløsningens overfladespænding sin minimumsværdi. Ud over CMC påvirker en yderligere forøgelse af koncentrationen af overfladeaktivt stof næppe overfladespændingen; i stedet øges antallet og størrelsen af miceller i bulkfasen. Opløsningen domineres derefter af miceller, der fungerer som mikroreaktorer i syntesen af nanopulvere. Med fortsat koncentrationsforøgelse overgår systemet gradvist til en flydende krystallinsk tilstand.
Når koncentrationen af en vandig overfladeaktiv opløsning når CMC, bliver dannelsen af miceller fremtrædende med stigende koncentration. Dette er karakteriseret ved et vendepunkt i overfladespænding vs. logaritmisk koncentrationskurve (γ-log c-kurve), sammen med fremkomsten af ikke-ideelle fysiske og kemiske egenskaber i opløsningen.
Ioniske overfladeaktive miceller bærer høje overfladeladninger. På grund af elektrostatisk tiltrækning tiltrækkes modioner af micellens overflade, hvilket neutraliserer en del af de positive og negative ladninger. Men når micellerne danner højt ladede strukturer, øges den retarderende kraft i den ioniske atmosfære, der dannes af modioner, betydeligt - en egenskab, der kan udnyttes til at justere dispergerbarheden af nanopulvere. Af disse to grunde falder opløsningens ækvivalente ledningsevne hurtigt med stigende koncentration ud over CMC, hvilket gør dette punkt til en pålidelig metode til at bestemme den kritiske micellekoncentration af overfladeaktive stoffer.
Strukturen af ioniske overfladeaktive miceller er typisk sfærisk og består af tre dele: en kerne, en skal og et diffust elektrisk dobbeltlag. Kernen er sammensat af hydrofobe kulbrintekæder, der ligner flydende kulbrinter, med en diameter fra cirka 1 til 2,8 nm. Methylengrupperne (-CH₂-) ved siden af de polære hovedgrupper har delvis polaritet og tilbageholder nogle vandmolekyler omkring kernen. Micellekernen indeholder såledesen betydelig mængde indespærret vand, og disse -CH₂- grupper er ikke fuldt integreret i den væskelignende kulbrintekerne, men danner i stedet en del af den ikke-flydende micelleskal.
Micelleskallen er også kendt som micelle-vand-grænsefladen eller overfladefasen. Den refererer ikke til den makroskopiske grænseflade mellem miceller og vand, men snarere området mellem miceller og den monomere vandige overfladeaktive opløsning. For ioniske overfladeaktive miceller dannes skallen af det inderste Stern-lag (eller det faste adsorptionslag) af det elektriske dobbeltlag med en tykkelse på ca. 0,2 til 0,3 nm. Skallen indeholder ikke kun de ioniske hovedgrupper af overfladeaktive stoffer og en del af bundne modioner, men også et hydreringslag på grund af hydreringen af disse ioner. Micelleskallen er ikke en glat overflade, men snarere en "ru" grænseflade, et resultat af fluktuationer forårsaget af den termiske bevægelse af overfladeaktive monomermolekyler.
I ikke-vandige (oliebaserede) medier, hvor oliemolekyler dominerer, aggregerer de hydrofile grupper af overfladeaktive stoffer indad og danner en polær kerne, mens de hydrofobe kulbrintekæder danner den ydre skal af micellen. Denne type micelle har en omvendt struktur sammenlignet med konventionelle vandige miceller og kaldes derfor en omvendt micelle; derimod kaldes miceller dannet i vand normale miceller. Figur 4 viser en skematisk model af omvendte miceller dannet af overfladeaktive stoffer i ikke-vandige opløsninger. I de senere år er omvendte miceller blevet meget anvendt i syntesen og fremstillingen af nanoskala lægemiddelbærere, især til indkapsling af hydrofile lægemidler.
Opslagstidspunkt: 26. dec. 2025