એક લેખમાં એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સને સમજવું——એમિનો એસિડ પ્રકાર અને બેટેઈન પ્રકાર

એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ એવા સર્ફેક્ટન્ટ્સ છે જેમાં એક જ પરમાણુમાં એનિઓનિક હાઇડ્રોફિલિક જૂથો અને કેશનિક હાઇડ્રોફિલિક જૂથો બંને હોય છે. તેમની સૌથી નોંધપાત્ર લાક્ષણિકતા એ છે કે તેઓ પ્રોટોનનું દાન અને સ્વીકાર બંને કરી શકે છે. ઉપયોગ દરમિયાન તેમની પાસે નીચેની લાક્ષણિકતાઓ છે: એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ સામાન્ય રીતે ધોવા, વિખેરવા, પ્રવાહી મિશ્રણ કરવા, જંતુરહિત કરવા, તંતુઓને નરમ કરવા અને એન્ટિસ્ટેટિક કરવામાં સારી કામગીરી ધરાવે છે, અને તેનો ઉપયોગ ફેબ્રિક ફિનિશિંગ સહાયક, રંગાઈ સહાયક, કેલ્શિયમ સાબુ વિખેરનારા, ડ્રાય-ક્લીનિંગ સર્ફેક્ટન્ટ્સ અને મેટલ કાટ અવરોધકો વગેરે તરીકે થઈ શકે છે. તેમની પાસે કાપડ માટે ઉત્તમ નરમાઈ, સરળતા અને એન્ટિસ્ટેટિક ગુણધર્મો છે; ચોક્કસ બેક્ટેરિયાનાશક અને ઘાટ-અવરોધક ગુણધર્મો; અને સારા પ્રવાહી મિશ્રણ અને વિખેરવાના ગુણધર્મો. જો કે, આ પ્રકારનું સર્ફેક્ટન્ટ પ્રમાણમાં ખર્ચાળ છે, અને તેની વાસ્તવિક એપ્લિકેશન શ્રેણી અન્ય પ્રકારના સર્ફેક્ટન્ટ્સ કરતા ઓછી છે. તે એક હળવું સર્ફેક્ટન્ટ છે. સિંગલ એનિઓનિક અથવા કેશનિક સર્ફેક્ટન્ટ્સથી વિપરીત, એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ પરમાણુઓમાં પરમાણુના એક છેડે એસિડિક અને મૂળભૂત બંને જૂથો હોય છે. એસિડિક જૂથો મોટે ભાગે કાર્બોક્સિલ, સલ્ફોનિક એસિડ અથવા ફોસ્ફેટ જૂથો હોય છે, જ્યારે મૂળભૂત જૂથો એમિનો અથવા ક્વાટર્નરી એમોનિયમ જૂથો હોય છે. તેમને એનિઓનિક અને નોનિયોનિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ સાથે મિશ્રિત કરી શકાય છે અને તે એસિડ, આલ્કલી, ક્ષાર અને આલ્કલાઇન પૃથ્વી ધાતુના ક્ષાર સામે પ્રતિરોધક હોય છે.

હાલમાં, સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા કૃત્રિમ એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સમાં મોટાભાગે કાર્બોક્સિલેટ જૂથો તેમના એનિઓનિક ભાગ તરીકે હોય છે, જેમાં કેટલાકમાં સલ્ફોનેટ જૂથો હોય છે; તેમના કેશનિક ભાગ મોટે ભાગે એમાઇન ક્ષાર અથવા ક્વાટર્નરી એમોનિયમ ક્ષાર હોય છે. જેમાં એમાઇન ક્ષાર કેશનિક ભાગ તરીકે હોય છે તેને એમિનો એસિડ પ્રકાર કહેવામાં આવે છે; જેમાં ક્વાટર્નરી એમોનિયમ ક્ષાર કેશનિક ભાગ તરીકે હોય છે તેને બેટેઈન પ્રકાર કહેવામાં આવે છે.

1. એમિનો એસિડ પ્રકાર

એમિનો એસિડ પ્રકારના એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સનું જલીય દ્રાવણ આલ્કલાઇન હોય છે. જ્યારે હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ ધીમે ધીમે હલાવતા ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે દ્રાવણ તટસ્થ બને છે ત્યારે કોઈ ફેરફાર થતો નથી. જ્યારે દ્રાવણ થોડું એસિડિક બને છે ત્યારે એક અવક્ષેપ રચાય છે. જો દ્રાવણને મજબૂત એસિડિક બનાવવા માટે વધુ હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ ઉમેરવામાં આવે છે, તો અવક્ષેપ ફરીથી ઓગળી જાય છે. આ સૂચવે છે કે તે આલ્કલાઇન વાતાવરણમાં એનિઓનિક સર્ફેક્ટન્ટ તરીકે અને એસિડિક વાતાવરણમાં કેશનિક સર્ફેક્ટન્ટ તરીકે વર્તે છે. જો કે, જ્યારે આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુ પર કેશનિક અને એનિઓનિક ગુણધર્મો બરાબર સંતુલિત હોય છે, ત્યારે હાઇડ્રોફિલિસિટી ઘટે છે, જેના પરિણામે અવક્ષેપ રચાય છે. પરમાણુમાં આયન એક કાર્બોક્સિલ જૂથ છે, અને કેશન એક એમોનિયમ મીઠું છે. આ પ્રકારનું સર્ફેક્ટન્ટ માધ્યમના pH માં ફેરફાર સાથે વિવિધ સપાટી પ્રવૃત્તિઓ દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ડોડેસીલામિનોપ્રોપિયોનિક એસિડ (C12H25N+H2CH2CH2COO-) ને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ માધ્યમમાં સોડિયમ ડોડેસીલામિનોપ્રોપિયોનેટ (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) માં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, જે પાણીમાં દ્રાવ્ય એનોનિક સર્ફેક્ટન્ટ તરીકે વર્તે છે. હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ માધ્યમમાં, તેને ડોડેસીલામિનોપ્રોપિયોનિક એસિડ [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-] ના હાઇડ્રોક્લોરાઇડ મીઠામાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, જે પાણીમાં દ્રાવ્ય કેશનિક સર્ફેક્ટન્ટ તરીકે વર્તે છે. જો માધ્યમનો pH ગોઠવવામાં આવે છે જેથી ધન અને ઋણ ચાર્જ બરાબર સંતુલિત થાય, તો તે આંતરિક મીઠા (C12H25N+H2CH2CH2COO-) માં રૂપાંતરિત થાય છે, જે પાણીમાં નબળી રીતે દ્રાવ્ય હોય છે અને બહાર નીકળે છે. આ બિંદુએ pH ને આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુ કહેવામાં આવે છે. એમિનો એસિડ-પ્રકારના એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સની અસરને સંપૂર્ણપણે લાગુ કરવા માટે, તેનો ઉપયોગ આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુથી વિચલિત pH ધરાવતા જલીય દ્રાવણમાં થવો જોઈએ. એમિનો એસિડ-પ્રકારના એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સની તૈયારીમાં વપરાતા સામાન્ય કાચા માલમાં ઉચ્ચ એલિફેટિક પ્રાથમિક એમાઇન્સ, મિથાઈલ એક્રેલેટ (એક્રેલેટ એસ્ટર્સ જુઓ), એક્રેલોનિટ્રાઇલ અને ક્લોરોએસેટીક એસિડનો સમાવેશ થાય છે.

1. Bઇટાઈન પ્રકાર

બેટેઈન-પ્રકારના એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ એસિડિક, તટસ્થ કે આલ્કલાઇન હોય, જલીય દ્રાવણમાં દ્રાવ્ય હોવાની સૌથી મોટી લાક્ષણિકતા ધરાવે છે. તેઓ આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુ પર પણ અવક્ષેપિત થતા નથી. વધુમાં, તેમની પાસે પારદર્શિતા, ડિટરજન્સી અને એન્ટિસ્ટેટિક કામગીરી જેવા સારા ગુણધર્મો પણ છે. તેથી, તેઓ સારા ઇમલ્સિફાયર અને સોફ્ટનર છે.

કાર્બોક્સિબેટેન

પરમાણુમાં રહેલું આયન એક કાર્બોક્સિલ જૂથ છે, અને કેશન એક ક્વાર્ટરનરી એમોનિયમ જૂથ છે. ઉદાહરણ તરીકે, આલ્કિલ ડાઇમિથાઇલ બેટેઇન [RN+(CH3)2CH2COO-], જ્યાં આલ્કિલ જૂથ R માં 12 થી 18 કાર્બન પરમાણુ હોય છે. એમિનો એસિડ પ્રકારોની તુલનામાં, બેટેઇન પ્રકારો એસિડિક, તટસ્થ અથવા આલ્કલાઇન માધ્યમમાં પાણીમાં ઓગળી શકે છે, અને આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુ પર પણ અવક્ષેપિત થતા નથી, તેથી તેનો ઉપયોગ કોઈપણ pH સાથે જલીય દ્રાવણમાં થઈ શકે છે. એસિડિક માધ્યમમાં, જ્યારે આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુનું pH ઓછું હોય છે, ત્યારે તે પાણીમાં દ્રાવ્ય કેશનિક સર્ફેક્ટન્ટ [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-] તરીકે વર્તે છે; તટસ્થ અથવા આલ્કલાઇન માધ્યમમાં, એટલે કે, જ્યારે pH આઇસોઇલેક્ટ્રિક બિંદુ જેટલું અથવા તેનાથી વધારે હોય છે, ત્યારે તે પાણીમાં દ્રાવ્ય એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ તરીકે વર્તે છે અને એનિઓનિક સર્ફેક્ટન્ટ તરીકે વર્તે નથી. એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ ફક્ત એસિડિક માધ્યમમાં જ એનિઓનિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ સાથે અવક્ષેપિત થાય છે. વિવિધ pH મૂલ્યો ધરાવતા માધ્યમોમાં કોઈપણ પ્રકારના સર્ફેક્ટન્ટ સાથે તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. બીટેઈન-પ્રકારના એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ તૈયાર કરવા માટે વપરાતા સામાન્ય કાચા માલમાં આલ્કાઈલ ડાયમિથાઈલ ટર્શરી એમાઈન્સ અને સોડિયમ ક્લોરોએસેટેટ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

સલ્ફોબેટેન

પરમાણુમાં એનિઓનિક જૂથ સલ્ફો જૂથ (SO3-) છે, અને કેશનિક જૂથ ક્વાટર્નરી એમોનિયમ જૂથ છે. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા આલ્કિલ ડાઇમિથાઇલ સલ્ફોનેથિલ બેટેઇન્સ [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] અને આલ્કિલ ડાઇમિથાઇલ સલ્ફોપ્રોપીલ બેટેઇન્સ [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-] છે. સૂત્રોમાં આલ્કિલ જૂથ R માં કાર્બન અણુઓની સંખ્યા 12 થી 18 સુધીની હોય છે. સલ્ફોબેટેઇન્સ વ્યાપક ગુણધર્મો ધરાવે છે; તેઓ માત્ર સામાન્ય બેટેઇન્સ જેવા જ બધા ફાયદા ધરાવે છે, પરંતુ એસિડ, આલ્કલી અને ક્ષારની ઉચ્ચ સાંદ્રતા સામે પ્રતિકાર જેવા અનન્ય ફાયદા પણ ધરાવે છે. હાલમાં, હાઇડ્રોક્સી સલ્ફોપ્રોપીલ બેટેઇન્સ [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] નો ઉપયોગ સલ્ફોપ્રોપીલ બેટેઇન્સ બદલવા માટે થાય છે, જે ઉત્પાદન દરમિયાન માનવ શરીર માટે હાનિકારક પદાર્થો ઉત્પન્ન કરે છે. તેમની રચનામાં હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો સાથે એનિઓનિક અને કેશનિક જૂથો બંનેની હાજરીને કારણે, તેઓ માત્ર એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સના બધા ફાયદા જ નથી ધરાવતા, પરંતુ એસિડ, આલ્કલી અને ક્ષારની ઉચ્ચ સાંદ્રતા, સારા ઇમલ્સિફાઇંગ, ડિસ્પર્સિંગ અને એન્ટિસ્ટેટિક ગુણધર્મો, તેમજ બેક્ટેરિયાનાશક, એન્ટિફંગલ અને વિસ્કોઇલાસ્ટિક ગુણધર્મો સામે પ્રતિકાર પણ દર્શાવે છે. તેઓ ઉત્તમ એકંદર કામગીરી સાથે સર્ફેક્ટન્ટ છે અને દૈનિક રસાયણો, તેલક્ષેત્ર તેલ વિસ્થાપન, ફ્રેક્ચરિંગ અને એસિડાઇઝિંગ જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે લાગુ કરવામાં આવ્યા છે.

ફોસ્ફોલિપિડ બેટેઈન

પરમાણુમાં એનિઓનિક જૂથ ફોસ્ફેટ જૂથ (HPO4-) છે, અને કેશનિક જૂથ ક્વાટર્નરી એમોનિયમ જૂથ છે. ઉદાહરણ તરીકે, આલ્કિલ ડાઇમિથાઇલ હાઇડ્રોક્સાઇપ્રોપીલ ફોસ્ફેટ બેટેન [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], જ્યાં આલ્કિલ જૂથ R માં 12 થી 18 કાર્બન પરમાણુઓ છે. આ રચના નક્કી કરે છે કે તે માત્ર એમ્ફોટેરિક સર્ફેક્ટન્ટ્સના ઉત્તમ ગુણધર્મો ધરાવે છે જેમ કે વેટબિલિટી, ડિટરજન્સી, સોલ્યુબિલાઇઝેશન, ઇમલ્સિફાઇંગ અને ડિસ્પર્સિંગ ગુણધર્મો, એન્ટિસ્ટેટિક ગુણધર્મો, થર્મલ સ્થિરતા, તેમજ સારી સુસંગતતા, ઓછી બળતરા અને સામાન્ય એનિઓનિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ જેવા ફાયદા જેમ કે વધુ સારી આલ્કલી પ્રતિકાર, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પ્રતિકાર અને એન્ટિસ્ટેટિક ગુણધર્મો, પણ મજબૂત કેલ્શિયમ સાબુ વિખેરવાની ક્ષમતા, ઓછી સપાટી તણાવ અને ઉત્તમ ફોમિંગ પ્રદર્શન પણ ધરાવે છે.