Επίδραση διαβροχής, απαίτηση: HLB: 7-9
Η διαβροχή ορίζεται ως το φαινόμενο όπου το αέριο που προσροφάται σε μια στερεά επιφάνεια μετατοπίζεται από ένα υγρό. Οι ουσίες που μπορούν να ενισχύσουν αυτήν την ικανότητα μετατόπισης ονομάζονται διαβρέκτες. Η διαβροχή γενικά κατηγοριοποιείται σε τρεις τύπους: διαβροχή με επαφή (διαβροχή με πρόσφυση), διαβροχή με εμβάπτιση (διαβροχή με εμβάπτιση) και διαβροχή με εξάπλωση (εξάπλωση). Μεταξύ αυτών, η εξάπλωση αντιπροσωπεύει το υψηλότερο πρότυπο διαβροχής και ο συντελεστής εξάπλωσης χρησιμοποιείται συχνά ως δείκτης για την αξιολόγηση της απόδοσης διαβροχής μεταξύ διαφορετικών συστημάτων. Επιπλέον, η γωνία επαφής είναι επίσης ένα κριτήριο για την αξιολόγηση της ποιότητας της διαβροχής. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο του βαθμού διαβροχής μεταξύ υγρής και στερεάς φάσης.
Στη βιομηχανία φυτοφαρμάκων, ορισμένα κοκκώδη σκευάσματα και σκόνες που μπορούν να επικαθίσουν σε σκόνη περιέχουν επίσης μια ορισμένη ποσότητα επιφανειοδραστικών ουσιών. Σκοπός τους είναι να βελτιώσουν την πρόσφυση και την ποσότητα εναπόθεσης του φυτοφαρμάκου στην επιφάνεια-στόχο, να επιταχύνουν τον ρυθμό απελευθέρωσης και να επεκτείνουν την περιοχή εξάπλωσης των δραστικών συστατικών υπό υγρές συνθήκες, ενισχύοντας έτσι την αποτελεσματικότητα της πρόληψης και της θεραπείας ασθενειών.
Στη βιομηχανία καλλυντικών, οι επιφανειοδραστικές ουσίες λειτουργούν ως γαλακτωματοποιητές και είναι απαραίτητα συστατικά σε προϊόντα περιποίησης δέρματος, όπως κρέμες, λοσιόν, καθαριστικά προσώπου και προϊόντα ντεμακιγιάζ.
Μικκύλια και Διαλυτοποίηση,απαιτήσεις: C > CMC (HLB 13–18)
Η ελάχιστη συγκέντρωση στην οποία τα μόρια επιφανειοδραστικής ουσίας συνδέονται για να σχηματίσουν μικκύλια. Όταν η συγκέντρωση υπερβαίνει την τιμή CMC, τα μόρια επιφανειοδραστικής ουσίας διατάσσονται σε δομές όπως σφαιρικές, ραβδόμορφες, ελασματώδεις ή πλακοειδείς διαμορφώσεις.
Τα συστήματα διαλυτοποίησης είναι συστήματα θερμοδυναμικής ισορροπίας. Όσο χαμηλότερη είναι η CMC και όσο υψηλότερος είναι ο βαθμός σύνδεσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η μέγιστη συγκέντρωση προσθέτου (MAC). Η επίδραση της θερμοκρασίας στη διαλυτοποίηση αντικατοπτρίζεται σε τρεις πτυχές: επηρεάζει τον σχηματισμό μικκυλίων, τη διαλυτότητα των διαλυτοποιημένων ουσιών και τη διαλυτότητα των ίδιων των επιφανειοδραστικών ουσιών. Για τις ιοντικές επιφανειοδραστικές ουσίες, η διαλυτότητά τους αυξάνεται απότομα με την αύξηση της θερμοκρασίας και η θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει αυτή η απότομη αύξηση ονομάζεται σημείο Krafft. Όσο υψηλότερο είναι το σημείο Krafft, τόσο χαμηλότερη είναι η κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίων.
Για τις μη ιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες πολυοξυαιθυλενίου, όταν η θερμοκρασία ανέβει σε ένα ορισμένο επίπεδο, η διαλυτότητά τους μειώνεται απότομα και εμφανίζεται καθίζηση, με αποτέλεσμα το διάλυμα να θολώνει. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως θόλωση και η αντίστοιχη θερμοκρασία ονομάζεται σημείο θόλωσης. Για επιφανειοδραστικές ουσίες με το ίδιο μήκος αλυσίδας πολυοξυαιθυλενίου, όσο μεγαλύτερη είναι η αλυσίδα υδρογονανθράκων, τόσο χαμηλότερο είναι το σημείο θόλωσης. Αντίθετα, με το ίδιο μήκος αλυσίδας υδρογονανθράκων, όσο μεγαλύτερη είναι η αλυσίδα πολυοξυαιθυλενίου, τόσο υψηλότερο είναι το σημείο θόλωσης.
Οι μη πολικές οργανικές ουσίες (π.χ., το βενζόλιο) έχουν πολύ χαμηλή διαλυτότητα στο νερό. Ωστόσο, η προσθήκη επιφανειοδραστικών ουσιών όπως το ολεϊκό νάτριο μπορεί να ενισχύσει σημαντικά τη διαλυτότητα του βενζολίου στο νερό—μια διαδικασία που ονομάζεται διαλυτοποίηση. Η διαλυτοποίηση διαφέρει από τη συνηθισμένη διάλυση: το διαλυτοποιημένο βενζόλιο δεν είναι ομοιόμορφα διασπαρμένο σε μόρια νερού, αλλά παγιδευμένο μέσα στα μικκύλια που σχηματίζονται από ιόντα ολεϊκού. Μελέτες περίθλασης ακτίνων Χ έχουν επιβεβαιώσει ότι όλοι οι τύποι μικκυλίων διαστέλλονται σε ποικίλους βαθμούς μετά τη διαλυτοποίηση, ενώ οι ιδιότητες συσσώρευσης του συνολικού διαλύματος παραμένουν σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητες.
Καθώς η συγκέντρωση των επιφανειοδραστικών ουσιών στο νερό αυξάνεται, τα μόρια επιφανειοδραστικών ουσιών συσσωρεύονται στην επιφάνεια του υγρού για να σχηματίσουν ένα πυκνά συσκευασμένο, προσανατολισμένο μονομοριακό στρώμα. Η περίσσεια μορίων στη φάση μάζας συσσωματώνεται με τις υδρόφοβες ομάδες τους στραμμένες προς τα μέσα, σχηματίζοντας μικκύλια. Η ελάχιστη συγκέντρωση που απαιτείται για την έναρξη του σχηματισμού μικκυλίων ορίζεται ως η κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίων (CMC). Σε αυτήν τη συγκέντρωση, το διάλυμα αποκλίνει από την ιδανική συμπεριφορά και εμφανίζεται ένα διακριτό σημείο καμπής στην καμπύλη επιφανειακής τάσης έναντι συγκέντρωσης. Η περαιτέρω αύξηση της συγκέντρωσης επιφανειοδραστικών ουσιών δεν θα μειώνει πλέον την επιφανειακή τάση. Αντίθετα, θα προάγει τη συνεχή ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό των μικκυλίων στη φάση μάζας.
Όταν τα μόρια επιφανειοδραστικής ουσίας διασπείρονται σε ένα διάλυμα και φτάνουν σε ένα συγκεκριμένο όριο συγκέντρωσης, συνδέονται από μεμονωμένα μονομερή (ιόντα ή μόρια) σε κολλοειδή συσσωματώματα που ονομάζονται μικκύλια. Αυτή η μετάβαση προκαλεί απότομες αλλαγές στις φυσικές και χημικές ιδιότητες του διαλύματος και η συγκέντρωση στην οποία συμβαίνει αυτό είναι η CMC. Η διαδικασία σχηματισμού μικκυλίων αναφέρεται ως μικκυλίωση.
Ο σχηματισμός μικκυλίων σε υδατικά διαλύματα επιφανειοδραστικών ουσιών είναι μια διαδικασία που εξαρτάται από τη συγκέντρωση. Σε εξαιρετικά αραιά διαλύματα, το νερό και ο αέρας βρίσκονται σχεδόν σε άμεση επαφή, επομένως η επιφανειακή τάση μειώνεται μόνο ελαφρώς, παραμένοντας κοντά σε αυτή του καθαρού νερού, με πολύ λίγα μόρια επιφανειοδραστικής ουσίας διασκορπισμένα στη χύδην φάση. Καθώς η συγκέντρωση της επιφανειοδραστικής ουσίας αυξάνεται μέτρια, τα μόρια προσροφώνται γρήγορα στην επιφάνεια του νερού, μειώνοντας την επιφάνεια επαφής μεταξύ νερού και αέρα και προκαλώντας απότομη πτώση της επιφανειακής τάσης. Εν τω μεταξύ, ορισμένα μόρια επιφανειοδραστικής ουσίας στη χύδην φάση συσσωματώνονται με τις υδρόφοβες ομάδες τους ευθυγραμμισμένες, σχηματίζοντας μικρά μικκύλια.
Καθώς η συγκέντρωση συνεχίζει να αυξάνεται και το διάλυμα φτάνει σε σημείο κορεσμού και προσρόφησης, σχηματίζεται μια πυκνά συσκευασμένη μονομοριακή μεμβράνη στην επιφάνεια του υγρού. Όταν η συγκέντρωση φτάσει στο CMC, η επιφανειακή τάση του διαλύματος φτάνει στην ελάχιστη τιμή της. Πέρα από το CMC, η περαιτέρω αύξηση της συγκέντρωσης της επιφανειοδραστικής ουσίας επηρεάζει ελάχιστα την επιφανειακή τάση. Αντίθετα, αυξάνει τον αριθμό και το μέγεθος των μικκυλίων στη φάση μάζας. Το διάλυμα στη συνέχεια κυριαρχείται από μικκύλια, τα οποία χρησιμεύουν ως μικροαντιδραστήρες στη σύνθεση νανοσόνδρων. Με τη συνεχή αύξηση της συγκέντρωσης, το σύστημα μεταβαίνει σταδιακά σε υγρή κρυσταλλική κατάσταση.
Όταν η συγκέντρωση ενός υδατικού διαλύματος επιφανειοδραστικής ουσίας φτάσει στο CMC, ο σχηματισμός μικκυλίων γίνεται εμφανής με την αυξανόμενη συγκέντρωση. Αυτό χαρακτηρίζεται από ένα σημείο καμπής στην καμπύλη επιφανειακής τάσης έναντι λογαριθμικής συγκέντρωσης (καμπύλη γ–log c), μαζί με την εμφάνιση μη ιδανικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων στο διάλυμα.
Τα ιοντικά επιφανειοδραστικά μικκύλια φέρουν υψηλά επιφανειακά φορτία. Λόγω της ηλεκτροστατικής έλξης, τα αντίθετα ιόντα έλκονται από την επιφάνεια του μικκυλίου, εξουδετερώνοντας μέρος των θετικών και αρνητικών φορτίων. Ωστόσο, μόλις τα μικκύλια σχηματίσουν δομές με υψηλό φορτίο, η δύναμη επιβράδυνσης της ιοντικής ατμόσφαιρας που σχηματίζεται από τα αντίθετα ιόντα αυξάνεται σημαντικά - μια ιδιότητα που μπορεί να αξιοποιηθεί για τη ρύθμιση της διασποράς των νανοσόνδρων. Για αυτούς τους δύο λόγους, η ισοδύναμη αγωγιμότητα του διαλύματος μειώνεται ραγδαία με την αύξηση της συγκέντρωσης πέραν της CMC, καθιστώντας αυτό το σημείο μια αξιόπιστη μέθοδο για τον προσδιορισμό της κρίσιμης συγκέντρωσης μικκυλίων των επιφανειοδραστικών ουσιών.
Η δομή των ιοντικών επιφανειοδραστικών μικκυλίων είναι συνήθως σφαιρική, αποτελούμενη από τρία μέρη: έναν πυρήνα, ένα κέλυφος και μια διάχυτη ηλεκτρική διπλή στιβάδα. Ο πυρήνας αποτελείται από υδρόφοβες αλυσίδες υδρογονανθράκων, παρόμοιες με τους υγρούς υδρογονάνθρακες, με διάμετρο που κυμαίνεται από περίπου 1 έως 2,8 nm. Οι μεθυλενοομάδες (-CH₂-) που γειτνιάζουν με τις πολικές ομάδες κεφαλής έχουν μερική πολικότητα, διατηρώντας ορισμένα μόρια νερού γύρω από τον πυρήνα. Έτσι, ο πυρήνας του μικκυλίου περιέχειμια σημαντική ποσότητα παγιδευμένου νερού, και αυτές οι ομάδες -CH₂- δεν είναι πλήρως ενσωματωμένες στον υγρόμορφο πυρήνα υδρογονανθράκων, αλλά αντίθετα αποτελούν μέρος του μη υγρού μικκυλιακού κελύφους.
Το κέλυφος μικκυλίου είναι επίσης γνωστό ως διεπαφή μικκυλίου-νερού ή επιφανειακή φάση. Δεν αναφέρεται στη μακροσκοπική διεπαφή μεταξύ μικκυλίων και νερού, αλλά μάλλον στην περιοχή μεταξύ μικκυλίων και του μονομερούς υδατικού διαλύματος επιφανειοδραστικής ουσίας. Για τα ιοντικά μικκύλια επιφανειοδραστικής ουσίας, το κέλυφος σχηματίζεται από το εσωτερικό στρώμα Stern (ή σταθερό στρώμα προσρόφησης) της ηλεκτρικής διπλής στρώσης, με πάχος περίπου 0,2 έως 0,3 nm. Το κέλυφος περιέχει όχι μόνο τις ιοντικές ομάδες κεφαλής των επιφανειοδραστικών ουσιών και ένα μέρος δεσμευμένων αντιιόντων, αλλά και ένα στρώμα ενυδάτωσης λόγω της ενυδάτωσης αυτών των ιόντων. Το κέλυφος μικκυλίου δεν είναι μια λεία επιφάνεια αλλά μάλλον μια «τραχεία» διεπαφή, αποτέλεσμα διακυμάνσεων που προκαλούνται από τη θερμική κίνηση των μορίων μονομερούς επιφανειοδραστικής ουσίας.
Σε μη υδατικά (με βάση το λάδι) μέσα, όπου κυριαρχούν τα μόρια ελαίου, οι υδρόφιλες ομάδες των επιφανειοδραστικών ουσιών συσσωματώνονται προς τα μέσα για να σχηματίσουν έναν πολικό πυρήνα, ενώ οι υδρόφοβες αλυσίδες υδρογονανθράκων σχηματίζουν το εξωτερικό κέλυφος του μικκυλίου. Αυτός ο τύπος μικκυλίου έχει αντίστροφη δομή σε σύγκριση με τα συμβατικά υδατικά μικκύλια και ως εκ τούτου ονομάζεται αντίστροφο μικκύλιο. Αντίθετα, τα μικκύλια που σχηματίζονται στο νερό ονομάζονται κανονικά μικκύλια. Το Σχήμα 4 δείχνει ένα σχηματικό μοντέλο αντίστροφων μικκυλίων που σχηματίζονται από επιφανειοδραστικές ουσίες σε μη υδατικά διαλύματα. Τα τελευταία χρόνια, τα αντίστροφα μικκύλια έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στη σύνθεση και την παρασκευή νανοκλίμακας φορέων φαρμάκων, ιδιαίτερα για την ενθυλάκωση υδρόφιλων φαρμάκων.
Ώρα δημοσίευσης: 26 Δεκεμβρίου 2025