آشنایی با سورفکتانت‌های آمفوتریک در یک مقاله —— نوع اسید آمینه و نوع بتائین

سورفکتانت‌های آمفوتریک، سورفکتانت‌هایی هستند که حاوی گروه‌های آبدوست آنیونی و گروه‌های آبدوست کاتیونی در یک مولکول واحد هستند. مهم‌ترین ویژگی آنها این است که می‌توانند هم پروتون بدهند و هم پروتون بگیرند. آنها در حین استفاده دارای ویژگی‌های زیر هستند: سورفکتانت‌های آمفوتریک عموماً عملکرد خوبی در شستشو، پراکندگی، امولسیون‌سازی، استریل کردن، نرم کردن الیاف و آنتی‌استاتیک دارند و می‌توانند به عنوان مواد کمکی تکمیل پارچه، مواد کمکی رنگرزی، پراکنده‌کننده‌های صابون کلسیم، سورفکتانت‌های خشک‌شویی و مهارکننده‌های خوردگی فلزات و غیره استفاده شوند. آنها نرمی، صافی و خواص آنتی‌استاتیک عالی برای پارچه‌ها دارند؛ برخی خواص ضد باکتری و ضد کپک؛ و خواص امولسیون‌سازی و پراکندگی خوبی دارند. با این حال، این نوع سورفکتانت نسبتاً گران است و محدوده کاربرد واقعی آن کمتر از سایر انواع سورفکتانت‌ها است. این یک سورفکتانت ملایم است. برخلاف سورفکتانت‌های تک آنیونی یا کاتیونی، مولکول‌های سورفکتانت آمفوتریک در یک انتهای مولکول خود هم گروه‌های اسیدی و هم گروه‌های بازی دارند. گروه‌های اسیدی عمدتاً گروه‌های کربوکسیل، اسید سولفونیک یا فسفات هستند، در حالی که گروه‌های بازی، گروه‌های آمین یا آمونیوم چهارتایی هستند. آن‌ها می‌توانند با سورفکتانت‌های آنیونی و غیر یونی مخلوط شوند و در برابر اسیدها، قلیاها، نمک‌ها و نمک‌های فلزات قلیایی خاکی مقاوم هستند.

در حال حاضر، سورفکتانت‌های آمفوتریک مصنوعی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، عمدتاً دارای گروه‌های کربوکسیلات به عنوان بخش آنیونی خود هستند و تعداد کمی از آنها دارای گروه‌های سولفونات می‌باشند؛ بخش‌های کاتیونی آنها عمدتاً نمک‌های آمین یا نمک‌های آمونیوم چهارتایی هستند. آن‌هایی که نمک‌های آمین را به عنوان بخش کاتیونی دارند، نوع اسید آمینه نامیده می‌شوند؛ آن‌هایی که نمک‌های آمونیوم چهارتایی را به عنوان بخش کاتیونی دارند، نوع بتائین نامیده می‌شوند.

1. نوع اسید آمینه

محلول آبی سورفکتانت‌های آمفوتریک از نوع اسید آمینه، قلیایی است. وقتی اسید هیدروکلریک به آرامی و با هم زدن اضافه شود، وقتی محلول خنثی می‌شود، تغییری ایجاد نمی‌شود. وقتی محلول کمی اسیدی می‌شود، رسوب تشکیل می‌شود. اگر اسید هیدروکلریک بیشتری اضافه شود تا محلول به شدت اسیدی شود، رسوب دوباره حل می‌شود. این نشان می‌دهد که در محیط قلیایی به عنوان یک سورفکتانت آنیونی و در محیط اسیدی به عنوان یک سورفکتانت کاتیونی رفتار می‌کند. با این حال، هنگامی که خواص کاتیونی و آنیونی دقیقاً در نقطه ایزوالکتریک متعادل می‌شوند، آبدوستی کاهش می‌یابد و منجر به تشکیل رسوب می‌شود. آنیون موجود در مولکول یک گروه کربوکسیل و کاتیون یک نمک آمونیوم است. این نوع سورفکتانت با تغییر در pH محیط، فعالیت‌های سطحی متفاوتی از خود نشان می‌دهد. برای مثال، دودسیل‌آمینوپروپیونیک اسید (C12H25N+H2CH2CH2COO-) می‌تواند در محیط هیدروکسید سدیم به سدیم دودسیل‌آمینوپروپیونات (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) تبدیل شود و مانند یک سورفکتانت آنیونی محلول در آب رفتار کند. در محیط اسید هیدروکلریک، می‌تواند به نمک هیدروکلرید دودسیل‌آمینوپروپیونیک اسید [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-] تبدیل شود و مانند یک سورفکتانت کاتیونی محلول در آب رفتار کند. اگر pH محیط طوری تنظیم شود که بارهای مثبت و منفی دقیقاً متعادل شوند، به یک نمک داخلی (C12H25N+H2CH2CH2COO-) تبدیل می‌شود که در آب محلولیت کمی دارد و رسوب می‌کند. pH در این نقطه، نقطه ایزوالکتریک نامیده می‌شود. برای اعمال کامل اثر سورفکتانت‌های آمفوتریک از نوع اسید آمینه، آنها باید در محلول‌های آبی با pH انحراف از نقطه ایزوالکتریک استفاده شوند. مواد اولیه رایج مورد استفاده در تهیه سورفکتانت‌های آمفوتریک از نوع اسید آمینه شامل آمین‌های نوع اول آلیفاتیک بالاتر، متیل اکریلات (به استرهای اکریلات مراجعه کنید)، اکریلونیتریل و اسید کلرو استیک هستند.

1. Bنوع اتین

سورفکتانت‌های آمفوتریک نوع بتائین، بزرگترین ویژگی محلول بودن در محلول‌های آبی، چه اسیدی، چه خنثی و چه قلیایی را دارند. آنها حتی در نقطه ایزوالکتریک رسوب نمی‌کنند. علاوه بر این، آنها خواص خوبی مانند نفوذپذیری، شویندگی و عملکرد ضد الکتریسیته ساکن نیز دارند. بنابراین، آنها امولسیفایرها و نرم‌کننده‌های خوبی هستند.

کربوکسی بتائین

آنیون موجود در مولکول یک گروه کربوکسیل و کاتیون یک گروه آمونیوم چهارتایی است. به عنوان مثال، آلکیل دی متیل بتائین [RN+(CH3)2CH2COO-]، که در آن گروه آلکیل R دارای 12 تا 18 اتم کربن است. در مقایسه با انواع اسید آمینه، انواع بتائین می‌توانند در محیط‌های اسیدی، خنثی یا قلیایی در آب حل شوند و حتی در نقطه ایزوالکتریک رسوب نمی‌کنند، بنابراین می‌توان از آنها در محلول‌های آبی با هر pH استفاده کرد. در محیط‌های اسیدی، هنگامی که pH نقطه ایزوالکتریک پایین‌تر است، به عنوان یک سورفکتانت کاتیونی محلول در آب [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-] رفتار می‌کند؛ در محیط‌های خنثی یا قلیایی، یعنی هنگامی که pH برابر یا بالاتر از نقطه ایزوالکتریک است، به عنوان یک سورفکتانت آمفوتریک محلول در آب رفتار می‌کند و به عنوان یک سورفکتانت آنیونی رفتار نمی‌کند. سورفکتانت‌های آمفوتریک فقط در محیط‌های اسیدی تمایل به تشکیل رسوب با سورفکتانت‌های آنیونی دارند. آنها می‌توانند در ترکیب با هر نوع سورفکتانت در محیط‌هایی با مقادیر pH مختلف استفاده شوند. مواد اولیه رایج مورد استفاده برای تهیه سورفکتانت‌های آمفوتریک نوع بتائین شامل آلکیل دی متیل آمین‌های نوع سوم و سدیم کلرواستات و غیره است.

سولفوبتائین

گروه آنیونی در مولکول، گروه سولفو (SO3-) و گروه کاتیونی، گروه آمونیوم چهارتایی است. موارد رایج مورد استفاده، آلکیل دی متیل سولفوناتیل بتائین‌ها [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] و آلکیل دی متیل سولفوپروپیل بتائین‌ها [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-] هستند. تعداد اتم‌های کربن در گروه آلکیل R در فرمول‌ها از 12 تا 18 متغیر است. سولفوبتئین‌ها خواص جامعی دارند؛ آنها نه تنها تمام مزایای بتائین‌های معمولی را دارند، بلکه مزایای منحصر به فردی مانند مقاومت در برابر غلظت‌های بالای اسیدها، قلیاها و نمک‌ها را نیز دارند. در حال حاضر، هیدروکسی سولفوپروپیل [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] برای جایگزینی سولفوپروپیل بتائین‌ها استفاده می‌شود که در طول تولید مواد مضر برای بدن انسان تولید می‌کنند. به دلیل وجود گروه‌های آنیونی و کاتیونی به همراه گروه‌های هیدروکسیل در ساختارشان، آنها نه تنها تمام مزایای سورفکتانت‌های آمفوتریک را دارند، بلکه در برابر غلظت‌های بالای اسیدها، قلیاها و نمک‌ها نیز مقاومت نشان می‌دهند، خواص امولسیون‌کنندگی، پراکندگی و آنتی‌استاتیک خوبی دارند و همچنین خواص باکتری‌کشی، ضد قارچ و ویسکوالاستیک دارند. آنها سورفکتانت‌هایی با عملکرد کلی عالی هستند و به طور گسترده در زمینه‌های مختلفی مانند مواد شیمیایی روزانه، جابجایی نفت میدان نفتی، شکست هیدرولیکی و اسیدی کردن کاربرد دارند.

فسفولیپید بتائین

گروه آنیونی در مولکول، گروه فسفات (HPO4-) است و گروه کاتیونی، گروه آمونیوم چهارتایی است. به عنوان مثال، آلکیل دی متیل هیدروکسی پروپیل فسفات بتائین [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-]، که در آن گروه آلکیل R دارای 12 تا 18 اتم کربن است. این ساختار مشخص می‌کند که نه تنها دارای خواص عالی سورفکتانت‌های آمفوتریک مانند ترشوندگی، شویندگی، انحلال‌پذیری، خواص امولسیون‌کنندگی و پراکندگی، خاصیت آنتی‌استاتیک، پایداری حرارتی و همچنین سازگاری خوب، تحریک‌پذیری کم و مزایایی نسبت به سورفکتانت‌های آنیونی عمومی مانند مقاومت قلیایی بهتر، مقاومت الکترولیتی و خاصیت آنتی‌استاتیک است، بلکه دارای پراکندگی قوی صابون کلسیم، کشش سطحی کم و عملکرد عالی در تولید کف نیز می‌باشد.