Učinak vlaženja, zahtjev: HLB: 7-9
Kvašenje se definira kao fenomen u kojem se plin adsorbiran na čvrstoj površini istiskuje tekućinom. Tvari koje mogu poboljšati taj kapacitet istiskivanja nazivaju se sredstva za kvašenje. Kvašenje se općenito kategorizira u tri vrste: kontaktno kvašenje (adhezijsko kvašenje), kvašenje uranjanjem (uronjenje) i kvašenje rasipanjem (rasipanje). Među njima, rasipanje predstavlja najviši standard kvašenja, a koeficijent rasipanja često se koristi kao pokazatelj za procjenu učinkovitosti kvašenja između različitih sustava. Osim toga, kontaktni kut je također kriterij za procjenu kvalitete kvašenja. Surfaktanti se mogu koristiti za kontrolu stupnja kvašenja između tekuće i krute faze.
U industriji pesticida, neke granulirane formulacije i praškasti materijali također sadrže određenu količinu surfaktanata. Njihova je svrha poboljšati prianjanje i količinu taloženja pesticida na ciljanoj površini, ubrzati brzinu oslobađanja i proširiti područje širenja aktivnih sastojaka u vlažnim uvjetima, čime se povećava učinkovitost sprječavanja i liječenja bolesti.
U kozmetičkoj industriji, surfaktanti djeluju kao emulgatori i neizostavne su komponente u proizvodima za njegu kože poput krema, losiona, sredstava za čišćenje lica i sredstava za skidanje šminke.
Miceli i solubilizacija,zahtjevi: C > CMC (HLB 13–18)
Minimalna koncentracija pri kojoj se molekule surfaktanta udružuju i tvore micele. Kada koncentracija premaši CMC vrijednost, molekule surfaktanta se slažu u strukture poput sfernih, štapićastih, lamelarnih ili pločastih konfiguracija.
Solubilizacijski sustavi su termodinamički ravnotežni sustavi. Što je niža CMC i što je veći stupanj povezanosti, to je veća maksimalna koncentracija aditiva (MAC). Utjecaj temperature na solubilizaciju ogleda se u tri aspekta: utječe na stvaranje micela, topljivost solubilizata i topljivost samih surfaktanata. Kod ionskih surfaktanata, njihova topljivost naglo raste s porastom temperature, a temperatura na kojoj dolazi do ovog naglog porasta naziva se Krafftova točka. Što je viša Krafftova točka, to je niža kritična koncentracija micela.
Za neionske površinski aktivne tvari polioksietilena, kada temperatura poraste do određene razine, njihova topljivost naglo pada i dolazi do taloženja, što uzrokuje zamućenje otopine. Taj se fenomen naziva zamućenje, a odgovarajuća temperatura naziva se točka zamućenja. Za površinski aktivne tvari s istom duljinom polioksietilenskog lanca, što je dulji ugljikovodični lanac, to je niža točka zamućenja; obrnuto, s istom duljinom ugljikovodičnog lanca, što je dulji polioksietilenski lanac, to je viša točka zamućenja.
Nepolarne organske tvari (npr. benzen) imaju vrlo nisku topljivost u vodi. Međutim, dodavanje surfaktanata poput natrijevog oleata može značajno poboljšati topljivost benzena u vodi - proces koji se naziva solubilizacija. Solubilizacija se razlikuje od običnog otapanja: solubilizirani benzen nije jednoliko dispergiran u molekulama vode, već je zarobljen unutar micela koje tvore oleatni ioni. Studije rendgenske difrakcije potvrdile su da se sve vrste micela šire u različitim stupnjevima nakon solubilizacije, dok koligativna svojstva ukupne otopine ostaju uglavnom nepromijenjena.
Kako se koncentracija surfaktanata u vodi povećava, molekule surfaktanata nakupljaju se na površini tekućine i tvore gusto zbijeni, orijentirani monomolekularni sloj. Višak molekula u rasutom stanju agregira se s hidrofobnim skupinama okrenutim prema unutra, tvoreći micele. Minimalna koncentracija potrebna za pokretanje stvaranja micela definirana je kao kritična koncentracija micela (CMC). Pri toj koncentraciji otopina odstupa od idealnog ponašanja i na krivulji površinske napetosti u odnosu na koncentraciju pojavljuje se izrazita točka infleksije. Daljnje povećanje koncentracije surfaktanta više neće smanjivati površinsku napetost; umjesto toga, poticat će kontinuirani rast i umnožavanje micela u rasutom stanju.
Kada se molekule surfaktanata dispergiraju u otopini i dosegnu određeni prag koncentracije, one se udružuju iz pojedinačnih monomera (iona ili molekula) u koloidne agregate koji se nazivaju miceli. Ovaj prijelaz izaziva nagle promjene u fizikalnim i kemijskim svojstvima otopine, a koncentracija pri kojoj se to događa naziva se CMC. Proces stvaranja micela naziva se micelizacija.
Stvaranje micelija u vodenim otopinama surfaktanata je proces ovisan o koncentraciji. U ekstremno razrijeđenim otopinama, voda i zrak su gotovo u izravnom kontaktu, pa se površinska napetost smanjuje samo neznatno, ostajući blizu one čiste vode, s vrlo malo molekula surfaktanata raspršenih u glavnoj fazi. Kako se koncentracija surfaktanata umjereno povećava, molekule se brzo adsorbiraju na površinu vode, smanjujući kontaktnu površinu između vode i zraka i uzrokujući nagli pad površinske napetosti. U međuvremenu, neke molekule surfaktanata u glavnoj fazi agregiraju se s poravnatim hidrofobnim skupinama, tvoreći male micele.
Kako koncentracija nastavlja rasti i otopina dostiže zasićenje adsorpcijom, na površini tekućine formira se gusto zbijeni monomolekularni film. Kada koncentracija dosegne CMC, površinska napetost otopine doseže svoju minimalnu vrijednost. Iznad CMC-a, daljnje povećanje koncentracije surfaktanta jedva utječe na površinsku napetost; umjesto toga, povećava broj i veličinu micelija u rasutom stanju. Otopinom tada dominiraju miceli, koji služe kao mikroreaktori u sintezi nanoprahova. S kontinuiranim povećanjem koncentracije, sustav postupno prelazi u tekuće kristalno stanje.
Kada koncentracija vodene otopine surfaktanta dosegne CMC, stvaranje micela postaje istaknuto s povećanjem koncentracije. To je karakterizirano infleksijskom točkom na krivulji površinske napetosti u odnosu na logaritam koncentracije (γ–log c krivulja), uz pojavu neidealnih fizikalnih i kemijskih svojstava u otopini.
Micele ionskih surfaktanata nose visoke površinske naboje. Zbog elektrostatskog privlačenja, protuioni se privlače na površinu micela, neutralizirajući dio pozitivnih i negativnih naboja. Međutim, nakon što micele formiraju visoko nabijene strukture, sila usporavanja ionske atmosfere koju tvore protuioni značajno se povećava - svojstvo koje se može iskoristiti za podešavanje disperzibilnosti nanoprahova. Iz ova dva razloga, ekvivalentna vodljivost otopine brzo se smanjuje s povećanjem koncentracije izvan CMC-a, što ovu točku čini pouzdanom metodom za određivanje kritične koncentracije micela surfaktanata.
Struktura micelija ionskih surfaktanata je obično sferična i sastoji se od tri dijela: jezgre, ljuske i difuznog električnog dvostrukog sloja. Jezgra se sastoji od hidrofobnih ugljikovodičnih lanaca, sličnih tekućim ugljikovodicima, s promjerom u rasponu od približno 1 do 2,8 nm. Metilinske skupine (-CH₂-) uz polarne glavne skupine imaju djelomičnu polarnost, zadržavajući neke molekule vode oko jezgre. Dakle, jezgra micela sadržiznatna količina zarobljene vode, a te -CH₂- skupine nisu u potpunosti integrirane u tekuću ugljikovodičnu jezgru, već tvore dio netekuće micelne ljuske.
Micelna ljuska poznata je i kao sučelje micela i vode ili površinska faza. Ne odnosi se na makroskopsko sučelje između micela i vode, već na područje između micela i monomerne vodene otopine surfaktanta. Kod ionskih surfaktanata, ljuska se sastoji od najunutarnjeg Sternovog sloja (ili fiksnog adsorpcijskog sloja) električnog dvostrukog sloja, debljine oko 0,2 do 0,3 nm. Ljuska sadrži ne samo ionske glavne skupine surfaktanata i dio vezanih protuiona, već i hidratacijski sloj zbog hidratacije tih iona. Micelna ljuska nije glatka površina, već „hrapavo“ sučelje, rezultat fluktuacija uzrokovanih toplinskim gibanjem molekula monomera surfaktanta.
U nevodenim medijima (na bazi ulja), gdje prevladavaju molekule ulja, hidrofilne skupine surfaktanata agregiraju se prema unutra i tvore polarnu jezgru, dok hidrofobni ugljikovodični lanci tvore vanjsku ljusku micela. Ova vrsta micela ima obrnutu strukturu u usporedbi s konvencionalnim vodenim micelima i stoga se naziva obrnutim micelima; nasuprot tome, miceli nastali u vodi nazivaju se normalnim micelima. Slika 4 prikazuje shematski model obrnutih micela nastalih od surfaktanata u nevodenim otopinama. Posljednjih godina, obrnuti miceli se široko koriste u sintezi i pripremi nanoskalnih nosača lijekova, posebno za enkapsulaciju hidrofilnih lijekova.
Vrijeme objave: 26. prosinca 2025.