एक लेख में एम्फोटेरिक सर्फेक्टेंट को समझना—अमीनो एसिड प्रकार और बीटाइन प्रकार

उभयधर्मी सर्फेक्टेंट ऐसे सर्फेक्टेंट होते हैं जिनमें एक ही अणु में ऋणायनिक जलरक्त समूह और धनायनिक जलरक्त समूह दोनों मौजूद होते हैं। इनकी सबसे महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि ये प्रोटॉन दान और ग्रहण दोनों कर सकते हैं। उपयोग के दौरान इनमें निम्नलिखित विशेषताएं पाई जाती हैं: उभयधर्मी सर्फेक्टेंट आमतौर पर धुलाई, फैलाव, पायसीकरण, स्टरलीकरण, रेशों को मुलायम बनाने और अपघटनकारी गुणों में अच्छा प्रदर्शन करते हैं, और इनका उपयोग कपड़े की परिष्करण सहायक सामग्री, रंगाई सहायक सामग्री, कैल्शियम साबुन फैलाने वाले पदार्थ, ड्राई-क्लीनिंग सर्फेक्टेंट और धातु संक्षारण अवरोधक आदि के रूप में किया जा सकता है। इनमें कपड़ों के लिए उत्कृष्ट कोमलता, चिकनाई और अपघटनकारी गुण होते हैं; कुछ जीवाणुनाशक और फफूंद रोधी गुण होते हैं; और अच्छे पायसीकरण और फैलाव गुण होते हैं। हालांकि, इस प्रकार का सर्फेक्टेंट अपेक्षाकृत महंगा होता है, और इसका वास्तविक अनुप्रयोग क्षेत्र अन्य प्रकार के सर्फेक्टेंट की तुलना में सीमित है। यह एक हल्का सर्फेक्टेंट है। एकल एनायनिक या कैटायनिक सर्फेक्टेंट के विपरीत, एम्फोटेरिक सर्फेक्टेंट अणुओं के एक सिरे पर अम्लीय और क्षारीय दोनों समूह होते हैं। अम्लीय समूह मुख्यतः कार्बोक्सिल, सल्फोनिक अम्ल या फॉस्फेट समूह होते हैं, जबकि क्षारीय समूह अमीनो या चतुर्धातुक अमोनियम समूह होते हैं। इन्हें एनायनिक और नॉनआयनिक सर्फेक्टेंट के साथ मिलाया जा सकता है और ये अम्ल, क्षार, लवण और क्षारीय धातु लवणों के प्रति प्रतिरोधी होते हैं।

वर्तमान में, आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले सिंथेटिक एम्फोटेरिक सर्फेक्टेंट में अधिकतर कार्बोक्सिलेट समूह उनके ऋणायनिक भाग के रूप में होते हैं, कुछ में सल्फोनेट समूह भी होते हैं; उनके धनायनिक भाग अधिकतर एमीन लवण या चतुर्धातुक अमोनियम लवण होते हैं। एमीन लवण को धनायनिक भाग के रूप में रखने वाले सर्फेक्टेंट को अमीनो अम्ल प्रकार कहा जाता है; चतुर्धातुक अमोनियम लवण को धनायनिक भाग के रूप में रखने वाले सर्फेक्टेंट को बीटाइन प्रकार कहा जाता है।

1. अमीनो एसिड का प्रकार

अमीनो अम्ल-प्रकार के उभयधर्मी सर्फेक्टेंट का जलीय विलयन क्षारीय होता है। जब हाइड्रोक्लोरिक अम्ल को हिलाते हुए धीरे-धीरे मिलाया जाता है, तो विलयन के उदासीन होने पर कोई परिवर्तन नहीं होता। विलयन के थोड़ा अम्लीय होने पर अवक्षेप बनता है। यदि विलयन को अधिक अम्लीय बनाने के लिए अधिक हाइड्रोक्लोरिक अम्ल मिलाया जाता है, तो अवक्षेप फिर से घुल जाता है। इससे पता चलता है कि यह क्षारीय वातावरण में ऋणायनिक सर्फेक्टेंट और अम्लीय वातावरण में धनायनिक सर्फेक्टेंट के रूप में व्यवहार करता है। हालांकि, जब समविद्युत बिंदु पर धनायनिक और ऋणायनिक गुण बिल्कुल संतुलित होते हैं, तो जल-प्रेमशीलता कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अवक्षेप बनता है। अणु में ऋणायन कार्बोक्सिल समूह है और धनायन अमोनियम लवण है। इस प्रकार का सर्फेक्टेंट माध्यम के pH में परिवर्तन के साथ अलग-अलग सतही सक्रियता प्रदर्शित करता है। उदाहरण के लिए, डोडेसिलएमिनोप्रोपियोनिक अम्ल (C12H25N+H2CH2CH2COO-) सोडियम हाइड्रॉक्साइड माध्यम में सोडियम डोडेसिलएमिनोप्रोपियोनेट (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) में परिवर्तित हो जाता है, जो जल में घुलनशील ऋणायनिक सर्फेक्टेंट के रूप में व्यवहार करता है। हाइड्रोक्लोरिक अम्ल माध्यम में, यह डोडेसिलएमिनोप्रोपियोनिक अम्ल के हाइड्रोक्लोराइड लवण [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-] में परिवर्तित हो जाता है, जो जल में घुलनशील धनायनिक सर्फेक्टेंट के रूप में व्यवहार करता है। यदि माध्यम का pH इस प्रकार समायोजित किया जाए कि धनात्मक और ऋणात्मक आवेश पूर्णतः संतुलित हो जाएँ, तो यह एक आंतरिक लवण (C12H25N+H2CH2CH2COO-) में परिवर्तित हो जाता है, जो जल में कम घुलनशील होता है और अवक्षेपित हो जाता है। इस बिंदु पर pH को समविद्युत बिंदु कहा जाता है। अमीनो अम्ल-प्रकार के उभयधर्मी सर्फेक्टेंटों का पूर्ण प्रभाव प्राप्त करने के लिए, उन्हें समविद्युत बिंदु से भिन्न pH वाले जलीय विलयनों में प्रयोग किया जाना चाहिए। अमीनो अम्ल-प्रकार के उभयधर्मी सर्फेक्टेंटों के निर्माण में प्रयुक्त सामान्य कच्चे माल में उच्चतर एलिफैटिक प्राथमिक अमीन, मिथाइल एक्रिलेट (एक्रिलेट एस्टर देखें), एक्रिलोनाइट्राइल और क्लोरोएसिटिक अम्ल शामिल हैं।

1. Bएटेन प्रकार

बीटेन-प्रकार के उभयधर्मी सर्फेक्टेंट की सबसे बड़ी विशेषता यह है कि वे अम्लीय, उदासीन या क्षारीय किसी भी जलीय विलयन में घुलनशील होते हैं। वे समविद्युत बिंदु पर भी अवक्षेपित नहीं होते हैं। इसके अलावा, उनमें पारगम्यता, सफाई क्षमता और स्थैतिक प्रतिरोध जैसे अच्छे गुण भी होते हैं। इसलिए, वे अच्छे पायसीकारक और मृदुकारक होते हैं।

कार्बोक्सीबीटेन

अणु में ऋणायन कार्बोक्सिल समूह है, और धनायन चतुर्धातुक अमोनियम समूह है। उदाहरण के लिए, एल्काइल डाइमिथाइल बीटेन [RN+(CH3)2CH2COO-], जहाँ एल्काइल समूह R में 12 से 18 कार्बन परमाणु होते हैं। अमीनो अम्ल प्रकारों की तुलना में, बीटेन प्रकार अम्लीय, उदासीन या क्षारीय माध्यमों में पानी में घुल सकते हैं और समविद्युत बिंदु पर भी अवक्षेपित नहीं होते हैं, इसलिए इनका उपयोग किसी भी pH वाले जलीय विलयनों में किया जा सकता है। अम्लीय माध्यम में, जब समविद्युत बिंदु का pH कम होता है, तो यह जल में घुलनशील धनायनिक सर्फेक्टेंट [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-] के रूप में व्यवहार करता है; उदासीन या क्षारीय माध्यम में, यानी जब pH समविद्युत बिंदु के बराबर या उससे अधिक होता है, तो यह जल में घुलनशील उभयधर्मी सर्फेक्टेंट के रूप में व्यवहार करता है और ऋणायनिक सर्फेक्टेंट के रूप में व्यवहार नहीं करता है। एम्फोटेरिक सर्फेक्टेंट अम्लीय माध्यम में ही एनायनिक सर्फेक्टेंट के साथ अवक्षेप बनाते हैं। इन्हें विभिन्न pH मान वाले माध्यमों में किसी भी प्रकार के सर्फेक्टेंट के साथ मिलाकर उपयोग किया जा सकता है। बीटाइन-प्रकार के एम्फोटेरिक सर्फेक्टेंट तैयार करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सामान्य कच्चे माल में एल्काइल डाइमिथाइल टर्शियरी एमीन और सोडियम क्लोरोएसीटेट आदि शामिल हैं।

सल्फोबेटाइन

अणु में ऋणायनिक समूह सल्फो समूह (SO3-) है, और धनायनिक समूह चतुर्धातुक अमोनियम समूह है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले यौगिक एल्काइल डाइमिथाइल सल्फोनेथाइल बीटेन [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] और एल्काइल डाइमिथाइल सल्फोप्रोपाइल बीटेन [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-] हैं। सूत्रों में एल्काइल समूह R में कार्बन परमाणुओं की संख्या 12 से 18 तक होती है। सल्फोबीटेन में व्यापक गुण होते हैं; इनमें न केवल सामान्य बीटेन के सभी लाभ होते हैं, बल्कि अम्लों, क्षारों और लवणों की उच्च सांद्रता के प्रति प्रतिरोधक क्षमता जैसे अद्वितीय लाभ भी होते हैं। वर्तमान में, सल्फोप्रोपाइल बीटेन के स्थान पर हाइड्रॉक्सी सल्फोप्रोपाइल [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] का उपयोग किया जा रहा है, क्योंकि सल्फोप्रोपाइल बीटेन के उत्पादन के दौरान मानव शरीर के लिए हानिकारक पदार्थ उत्पन्न होते हैं। अपनी संरचना में हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ-साथ आयनिक और धनायनिक समूहों की उपस्थिति के कारण, इनमें न केवल उभयधर्मी सर्फेक्टेंट के सभी लाभ होते हैं, बल्कि ये अम्लों, क्षारों और लवणों की उच्च सांद्रता के प्रति प्रतिरोधक क्षमता, उत्कृष्ट पायसीकरण, प्रकीर्णन और संस्थैतिक गुण, साथ ही जीवाणुनाशक, कवकनाशी और आसंजनकारी गुण भी प्रदर्शित करते हैं। ये उत्कृष्ट समग्र प्रदर्शन वाले सर्फेक्टेंट हैं और इनका व्यापक रूप से दैनिक रसायन, तेल क्षेत्र में तेल विस्थापन, फ्रैक्चरिंग और अम्लीकरण जैसे विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

फॉस्फोलिपिड बीटाइन

अणु में ऋणायनिक समूह फॉस्फेट समूह (HPO4-) है, और धनायनिक समूह चतुर्धातुक अमोनियम समूह है। उदाहरण के लिए, एल्काइल डाइमिथाइल हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल फॉस्फेट बीटाइन [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], जहाँ एल्काइल समूह R में 12 से 18 कार्बन परमाणु होते हैं। यह संरचना निर्धारित करती है कि इसमें न केवल उभयधर्मी सर्फेक्टेंट के उत्कृष्ट गुण जैसे गीलापन, सफाई, घुलनशीलता, पायसीकरण और फैलाव, प्रतिस्थैतिक गुण, ऊष्मीय स्थिरता, साथ ही अच्छी अनुकूलता, कम जलन और सामान्य ऋणायनिक सर्फेक्टेंट की तुलना में बेहतर क्षार प्रतिरोध, इलेक्ट्रोलाइट प्रतिरोध और प्रतिस्थैतिक गुण जैसे लाभ हैं, बल्कि इसमें कैल्शियम साबुन में अच्छी तरह से घुलने की क्षमता, कम पृष्ठ तनाव और उत्कृष्ट झाग बनाने की क्षमता भी है।