חמשת התפקידים העיקריים של חומרים פעילי שטח

1.אפקט מתחלב

הזיקה המקיפה של הקבוצות ההידרופיליות והליפופיליות במולקולות חומר פעיל שטח לשמן או מים. בהתבסס על ניסיון, טווח האיזון ההידרופילי-ליפופילי (HLB) של חומרים פעילי שטח מוגבל ל-0-40, בעוד שזה של חומרים פעילי שטח לא יוניים נע בין 0-20.

נוסחת חיבור ערבוב: HLB = (HLBa Wa + HLBb / Wb) / (Wa + Wb) חישוב תיאורטי: HLB = ∑ (ערך HLB של קבוצות הידרופיליות) + ∑ (ערך HLB של קבוצות ליפופיליות) -7 HLB: 3-8 מתחלב מסוג W/O: Tween; ערך HLB של סבונים חד-ערכיים: 8-16 מתחלב מסוג O/W: Span; סבונים דו-ערכיים.

מערכת פיזור גסה הנוצרת על ידי פיזור נוזל אחד או יותר כטיפות נוזל בקוטר גדול מ-10⁻⁶ מטר בנוזל אחר שאינו מתערבב נקראת אמולסיה. יש להוסיף מתחלב כדי לשמור על יציבותו. בהתאם למבנה המתחלב, הוא יכול ליצור אמולסיה של שמן במים (O/W) עם מים כפאזה רציפה או אמולסיה של מים בשמן (W/O) עם שמן כפאזה רציפה. לעיתים, יש צורך להוסיף סוג נוסף של חומר פעיל שטח כדי לפרק את האמולסיה, הנקרא מפריך-אמולסיה. הוא מפריד את הפאזה המפוזרת מתווך הפיזור באמולסיה. לדוגמה, מפריך-אמולסיה מוסיפים לנפט גולמי כדי להפריד שמן ממים.

2. אפקטים של הקצפה והפחתת הקצפה

חומרים פעילי שטח נמצאים בשימוש נרחב גם בתעשיית התרופות. בתכשירים פרמצבטיים, תרופות רבות שאינן מסיסות במים, כגון שמנים נדיפים מסוימים, תאית מסיסה בשומן והורמוני סטרואידים, יכולות ליצור תמיסות שקופות ולהגדיל את ריכוזן בזכות אפקט המסיסות של חומרים פעילי שטח. בתהליך ההכנה הפרמצבטית, חומרים פעילי שטח משמשים כמתחלבים, חומרי הרטבה, חומרי השעיה, חומרי הקצפה ומפחיתי קצף הכרחיים. "קצף" מוגדר כגז המוקף בשכבה נוזלית. חומרים פעילי שטח מסוימים יכולים ליצור שכבות בעלות חוזק מסוים כאשר הם מעורבבים עם מים, אשר לוכדות אוויר ליצירת קצף; חומרים פעילי שטח כאלה נקראים חומרי הקצפה ומשמשים לציפה באמצעות קצף, כיבוי אש באמצעות קצף, ניקוי והסרת כתמים. להיפך, גם מחלידי קצף נחוצים בתרחישים מסוימים: לדוגמה, נוצר קצף מוגזם במהלך ייצור סוכר ועיבוד ברפואה הסינית המסורתית, לכן יש להוסיף חומרים פעילי שטח מתאימים כדי להפחית את חוזק שכבת הנוזל, לחסל את הבועות ולמנוע תאונות.

3. אפקט השעיה

בתעשיית חומרי הדברה,כמות מסוימת של חומרים פעילי שטח נדרשת עבור אבקות להרטבה, תרכיזים מתחלבים ואמולסיות מרוכזות. לדוגמה, החומרים הפעילים באבקות להרטבה הם בעיקר תרכובות אורגניות בעלות הידרופוביות. רק בנוכחות חומרים פעילי שטח, אשר מפחיתים את מתח הפנים של מים, חלקיקי חומרי ההדברה יכולים להיות מורטבים על ידי מים וליצור תרחיפים מימיים.

היישום של חומרים פעילי שטח בציפה של עפרות מסתמך על אפקט המסייע בציפה. עיסת העפרה מערבבת תוך כדי נשיפה של אוויר מתחתית המיכל; בועות הנושאות חלקיקי עפרה יעילים מתאספות על פני השטח. בועות אלו נאספות, והקצף נשבר ומרוכז כדי להשיג את מטרת העשרת העפרות. הסחף והסלעים נטולי העפרה נשארים בתחתית המיכל ומסירים באופן קבוע. כאשר 5% משטח חלקיקי העפרה מכוסים על ידי קולטים, פני השטח הופכים הידרופוביים, מה שגורם לחלקיקי העפרה להיקשר לבועות ולצוף אל פני הנוזל לאיסוף קל. יש לבחור קולטים מתאימים כך שהקבוצות ההידרופיליות שלהם ייספחו רק על פני חלקיקי העפרה, כאשר הקבוצות ההידרופוביות מכוונות לכיוון המים.

4. חיטוי ועיקור

בתעשיית התרופות, ניתן להשתמש בהם כקוטלי פטריות וחומרי חיטוי. ההשפעות הבקטריאליות והחיטוייות שלהם מיוחסות לאינטראקציה החזקה שלהם עם חלבונים בביופילם חיידקי, אשר מפגעת או משביתה את החלבונים הללו. לחומרי חיטוי אלה יש מסיסות גבוהה יחסית במים. בהתאם לריכוז בו נעשה שימוש, ניתן ליישם אותם לחיטוי עור לפני ניתוח, חיטוי פצעים או ריריות, חיטוי מכשירים וחיטוי סביבתי.

5. חומר ניקוי ואפקט ניקוי

הסרת לכלוך שומני היא תהליך מורכב יחסית, הקשור לפונקציות שהוזכרו לעיל כגון הרטבה והקצפה. דטרגנטים בדרך כלל צריכים להוסיף מגוון מרכיבים נלווים כדי לשפר את אפקט ההרטבה על החפצים שיש לנקות, ויש להם גם פונקציות כגון הקצפה, הלבנה ותפיסת המשטח הנקי כדי למנוע זיהום חוזר. ביניהם, תהליך הניקוי של חומרים פעילי שטח, שהם המרכיבים העיקריים, הוא כדלקמן: למים יש מתח פנים גבוה וביצועי הרטבה ירודים על כתמי שמן, מה שמקשה על שטיפת כתמי שמן. לאחר הוספת חומרים פעילי שטח, הקבוצות ההידרופוביות פונות אל פני הבד וסופחות על הלכלוך, מה שגורם ללכלוך להתנתק בהדרגה מהמשטח. הלכלוך מרחף במים או צף אל פני השטח עם הקצף ואז מוסר, והמשטח הנקי תפוס על ידי מולקולות חומרים פעילי שטח. לבסוף, יש לציין שתפקידם של חומרים פעילי שטח אינו נובע רק מהיבט אחד של תפקידם; במקרים רבים, הוא תוצאה של פעולה משולבת של גורמים מרובים. לדוגמה, בתעשיית ייצור הנייר, ניתן להשתמש בהם כחומרי בישול, חומרי הסרת דיו מנייר פסולת, חומרי גודל, חומרי בקרת מחסומי שרף, מסירי קצף, מרככים, חומרים אנטיסטטיים, מעכבי אבנית, מרככים, מסירי שומנים, קוטלי חיידקים וקוטלי אצות, מעכבי קורוזיה וכו'.