Ամֆոտերային մակերևութային ակտիվ նյութերի հասկացումը մեկ հոդվածում. Ամինաթթվի տեսակը և բետաինի տեսակը

Ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութերը մակերևութային ակտիվ նյութեր են, որոնք նույն մոլեկուլում պարունակում են ինչպես անիոնային հիդրոֆիլ խմբեր, այնպես էլ կատիոնային հիդրոֆիլ խմբեր: Դրանց ամենակարևոր առանձնահատկությունն այն է, որ դրանք կարող են և՛ նվիրաբերել, և՛ ընդունել պրոտոններ: Դրանք ունեն հետևյալ բնութագրերը օգտագործման ընթացքում. Ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութերը, որպես կանոն, լավ արդյունքներ են ցուցաբերում լվացման, ցրման, էմուլգացման, ստերիլիզացման, մանրաթելերի փափկեցման և հակաստատիկ գործողություններում, և կարող են օգտագործվել որպես գործվածքների վերջնական մշակման օժանդակ նյութեր, ներկման օժանդակ նյութեր, կալցիումական օճառի ցրող նյութեր, քիմմաքրման մակերևութային ակտիվ նյութեր և մետաղների կոռոզիայի արգելակիչներ և այլն: Դրանք ունեն գերազանց փափկություն, հարթություն և հակաստատիկ հատկություններ գործվածքների համար, որոշակի մանրէասպան և բորբոսը կանխող հատկություններ, ինչպես նաև լավ էմուլգացնող և ցրող հատկություններ: Այնուամենայնիվ, այս տեսակի մակերևութային ակտիվ նյութը համեմատաբար թանկ է, և դրա իրական կիրառման շրջանակը փոքր է, քան մյուս տեսակի մակերևութային ակտիվ նյութերի դեպքում: Այն մեղմ մակերևութային ակտիվ նյութ է: Ի տարբերություն միանման կամ կատիոնային մակերևութային ակտիվ նյութերի, ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութի մոլեկուլները մոլեկուլի մի ծայրում ունեն ինչպես թթվային, այնպես էլ հիմնային խմբեր: Թթվային խմբերը հիմնականում կարբօքսիլային, սուլֆոնաթթվային կամ ֆոսֆատային խմբեր են, մինչդեռ հիմնային խմբերը՝ ամինո կամ քառորդային ամոնիումային խմբեր։ Դրանք կարող են խառնվել անիոնային և ոչ իոնային մակերևութային ակտիվ նյութերի հետ և դիմացկուն են թթուների, ալկալիների, աղերի և հողալկալային մետաղների աղերի նկատմամբ։

Ներկայումս լայնորեն օգտագործվող սինթետիկ ամֆոտերային մակերևութային ակտիվ նյութերը հիմնականում ունեն կարբօքսիլատային խմբեր որպես անիոնային մասնիկներ, մի քանիսը՝ սուլֆոնատային խմբեր։ Դրանց կատիոնային մասնիկները հիմնականում ամինային աղեր կամ չորրորդական ամոնիումային աղեր են։ Կատիոնային մասնիկի ամինային աղեր պարունակողները կոչվում են ամինաթթվային տիպի, իսկ կատիոնային մասնիկի ամինային աղեր պարունակողները՝ բետաինային տիպի։

1. Ամինաթթվի տեսակ

Ամինաթթվային տիպի ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութերի ջրային լուծույթը ալկալային է: Երբ աղաթթուն դանդաղորեն ավելացվում է խառնիչով, լուծույթի չեզոք դառնալիս փոփոխություն տեղի չի ունենում: Երբ լուծույթը դառնում է թույլ թթվային, առաջանում է նստվածք: Եթե լուծույթը ուժեղ թթվային դարձնելու համար ավելացվում է ավելի շատ աղաթթու, նստվածքը կրկին լուծվում է: Սա ցույց է տալիս, որ այն ալկալային միջավայրում իրեն պահում է որպես անիոնային մակերևութային ակտիվ նյութ, իսկ թթվային միջավայրում՝ որպես կատիոնային մակերևութային ակտիվ նյութ: Սակայն, երբ կատիոնային և անիոնային հատկությունները ճշգրիտ հավասարակշռված են իզոէլեկտրական կետում, հիդրոֆիլությունը նվազում է, ինչը հանգեցնում է նստվածքի առաջացմանը: Մոլեկուլում անիոնը կարբօքսիլային խումբ է, իսկ կատիոնը՝ ամոնիումային աղ: Այս տեսակի մակերևութային ակտիվությունը դրսևորում է տարբեր մակերևութային ակտիվություններ՝ միջավայրի pH-ի փոփոխությունների հետ մեկտեղ: Օրինակ, դոդեցիլամինոպրոպիոնաթթուն (C12H25N+H2CH2CH2COO-) կարող է փոխակերպվել նատրիումի դոդեցիլամինոպրոպիոնատի (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) նատրիումի հիդրօքսիդային միջավայրում՝ իրեն պահելով որպես ջրում լուծվող անիոնային մակերևութային ակտիվ նյութ: Աղաթթվային միջավայրում այն ​​կարող է վերածվել դոդեցիլամինոպրոպիոնաթթվի հիդրոքլորիդային աղի [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-], որը գործում է որպես ջրում լուծվող կատիոնային մակերևութային ակտիվ նյութ: Եթե միջավայրի pH-ը կարգավորվում է այնպես, որ դրական և բացասական լիցքերը ճշգրիտ հավասարակշռված լինեն, այն վերածվում է ներքին աղի (C12H25N+H2CH2CH2COO-), որը վատ է լուծվում ջրում և նստվածք է տալիս: Այս կետում pH-ը կոչվում է իզոէլեկտրական կետ: Ամինաթթվային տիպի ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութերի ազդեցությունը լիարժեքորեն դրսևորելու համար դրանք պետք է օգտագործվեն ջրային լուծույթներում, որոնց pH-ը շեղվում է իզոէլեկտրական կետից: Ամինաթթվային տիպի ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութերի պատրաստման մեջ օգտագործվող տարածված հումքներից են բարձր ալիֆատիկ առաջնային ամինները, մեթիլ ակրիլատը (տե՛ս ակրիլատային էսթերներ), ակրիլոնիտրիլը և քլորքացախաթթուն:

1. Bէթեյնի տեսակ

Բետաինային տիպի ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութերը ունեն ամենամեծ առանձնահատկությունը՝ լուծելի լինել ջրային լուծույթներում՝ անկախ նրանից, թե դրանք թթվային են, չեզոք, թե ալկալային։ Դրանք չեն նստվածք տալիս նույնիսկ իզոէլեկտրական կետում։ Բացի այդ, դրանք ունեն նաև լավ հատկություններ, ինչպիսիք են թափանցելիությունը, լվացող հատկությունները և հակաստատիկ հատկությունները։ Հետևաբար, դրանք լավ էմուլգատորներ և մեղմացուցիչներ են։

Կարբօքսիբետաին

Մոլեկուլում անիոնը կարբօքսիլային խումբ է, իսկ կատիոնը՝ քառորդական ամոնիումային խումբ։ Օրինակ՝ ալկիլ դիմեթիլ բետաինը [RN+(CH3)2CH2COO-], որտեղ R ալկիլային խումբն ունի 12-ից 18 ածխածնի ատոմ։ Ամինաթթվային տեսակների համեմատ, բետաինի տեսակները կարող են լուծվել ջրում՝ թթվային, չեզոք կամ ալկալային միջավայրերում, և չեն նստում նույնիսկ իզոէլեկտրական կետում, ուստի դրանք կարող են օգտագործվել ջրային լուծույթներում՝ ցանկացած pH-ով։ Թթվային միջավայրերում, երբ իզոէլեկտրական կետի pH-ը ցածր է, այն իրեն պահում է որպես ջրում լուծվող կատիոնային մակերևութային ակտիվ նյութ [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-]. չեզոք կամ ալկալային միջավայրերում, այսինքն՝ երբ pH-ը հավասար է կամ բարձր է իզոէլեկտրական կետից, այն իրեն պահում է որպես ջրում լուծվող ամֆոտերային մակերևութային ակտիվ նյութ և չի իրեն պահում որպես անիոնային մակերևութային ակտիվ նյութ։ Ամֆոտերային մակերևութային ակտիվ նյութերը հակված են նստվածքներ առաջացնել անիոնային մակերևութային ակտիվ նյութերի հետ միայն թթվային միջավայրերում։ Դրանք կարող են օգտագործվել ցանկացած տեսակի մակերևութային ակտիվ նյութի հետ համատեղ՝ տարբեր pH արժեքներ ունեցող միջավայրերում։ Բետաինային տիպի ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութեր պատրաստելու համար օգտագործվող տարածված հումքներից են ալկիլ դիմեթիլ երրորդային ամինները, նատրիումի քլորացետատը և այլն։

Սուլֆոբետաին

Մոլեկուլում անիոնային խումբը սուլֆո խումբն է (SO3-), իսկ կատիոնային խումբը՝ քառորդական ամոնիումային խումբը: Հաճախ օգտագործվողներն են ալկիլ դիմեթիլ սուլֆոնէթիլ բետաինները [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] և ալկիլ դիմեթիլ սուլֆոպրոպիլ բետաինները [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]: Բանաձևերում R ալկիլային խմբում ածխածնի ատոմների քանակը տատանվում է 12-ից մինչև 18: Սուլֆոբետաիններն ունեն համապարփակ հատկություններ. դրանք ոչ միայն ունեն սովորական բետաինների բոլոր առավելությունները, այլև ունեն եզակի առավելություններ, ինչպիսիք են թթուների, ալկալիների և աղերի բարձր կոնցենտրացիաների նկատմամբ դիմադրողականությունը: Ներկայումս հիդրօքսի սուլֆոպրոպիլ [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-]-ն օգտագործվում է սուլֆոպրոպիլ բետաիններին փոխարինելու համար, որոնք արտադրության ընթացքում առաջացնում են մարդու օրգանիզմի համար վնասակար նյութեր: Իրենց կառուցվածքում հիդրօքսիլային խմբերով անիոնային և կատիոնային խմբերի առկայության շնորհիվ, դրանք ոչ միայն ունեն ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութերի բոլոր առավելությունները, այլև ցուցաբերում են թթուների, ալկալիների և աղերի բարձր կոնցենտրացիաների նկատմամբ դիմադրողականություն, լավ էմուլգացնող, ցրող և հակաստատիկ հատկություններ, ինչպես նաև մանրէասպան, հակասնկային և մածուցիկ առաձգական հատկություններ: Դրանք մակերևութային ակտիվ նյութեր են՝ գերազանց ընդհանուր կատարողականությամբ և լայնորեն կիրառվել են տարբեր ոլորտներում, ինչպիսիք են առօրյա քիմիական նյութերը, նավթահանքերի նավթի տեղահանումը, կոտրումը և թթվայնացումը:

Ֆոսֆոլիպիդ բետաին

Մոլեկուլում անիոնային խումբը ֆոսֆատային խումբն է (HPO4-), իսկ կատիոնային խումբը՝ քառորդական ամոնիումային խումբը։ Օրինակ՝ ալկիլ դիմեթիլ հիդրօքսիպրոպիլ ֆոսֆատ բետաին [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], որտեղ ալկիլային խումբը R ունի 12-ից 18 ածխածնի ատոմ։ Այս կառուցվածքը որոշում է, որ այն ոչ միայն ունի ամֆոտեր մակերևութային ակտիվ նյութերի գերազանց հատկություններ, ինչպիսիք են թրջվելու ունակությունը, լվացողունակությունը, լուծելիությունը, էմուլգացնող և ցրող հատկությունները, հակաստատիկ հատկությունները, ջերմային կայունությունը, ինչպես նաև լավ համատեղելիությունը, ցածր գրգռվածությունը և առավելություններ ընդհանուր անիոնային մակերևութային ակտիվ նյութերի նկատմամբ, ինչպիսիք են ավելի լավ ալկալային դիմադրությունը, էլեկտրոլիտային դիմադրությունը և հակաստատիկ հատկությունները, այլև ունի ուժեղ կալցիումական օճառային ցրվելու ունակություն, ցածր մակերեսային լարվածություն և գերազանց փրփրացման ունակություն։