ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ყველაზე ფართო გამოყენება საპოხი მასალების ინდუსტრიაში

სტრუქტურაზედაპირულად აქტიური ნივთიერებებისაკმაოდ მარტივია: ერთი ბოლო ჰიდროფილურია (წყალი‑მოსიყვარულე) და სხვა ლიპოფილური (ზეთი‑მოსიყვარულე). თითოეული ბოლო უკავშირდება შესაბამის ანალოგს, წყალს და ზეთს. ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მოლეკულები ზეთში იკრიბება‑წყლის ინტერფეისი და ეს ქმნის ძირითად წყობას. ემულსიფიკაცია ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების მხოლოდ ერთ-ერთი ფუნქციაა, თუმცა ის ყველაზე ფართოდ გავრცელებულია.‑ჩვენს ინდუსტრიაში გამოყენებული ფუნქცია. ის ძირითადად გამოიყენება წყლის შესარევად.‑წარმოშობილი ზეთები, როგორიცაა ემულგირებული ზეთები და წყალი‑ცეცხლის შემცველი‑რეზისტენტული ჰიდრავლიკური სითხეები. სინამდვილეში, ემულგატორები ყოველდღიურ ცხოვრებაში ძალიან ფართო გამოყენებას პოულობენ.‑ცხოვრებისეული პროდუქტები, მათ შორის რძე, ყინული‑კრემი და შამპუნი, რომლებიც სხვადასხვა რაოდენობით შეიცავს ემულგატორებს.

ამ მარტივი მოლეკულური არქიტექტურის გამო, მრავალი ნივთიერება ავლენს ემულგატორის თვისებებს, რაც ემულგატორის შერჩევას საკმაოდ ნიუანსირებულს ხდის. შეიძლება ითქვას, რომ ემულგატორების საფუძვლიანი გაგების გარეშე, ძნელია კვალიფიციური წყლის შემუშავება.‑საპოხი მასალები. საყოველთაოდ ცნობილია, რომ ზეთი და წყალი არ ერევა ერთმანეთს. ამიტომ, მათ შესაერთებლად საჭიროა ემულგატორები. ამ იძულებითი შერწყმისას, ერთი ფაზა გარდაიქმნება პაწაწინა თხევად წვეთებად, ხოლო მეორე სითხე სრულად ფარავს ამ წვეთებს. ეს წარმოშობს უწყვეტი და დისპერსიული ფაზის კონცეფციებს: ერთი ფაზა იყოფა წყვეტილ წვეთებად, ხოლო მეორე ქმნის უწყვეტ უწყვეტ გარემოს. მაკროსკოპულად, ეს წარმოქმნის ან წყალს,‑in‑ზეთი (უცხიმო) ან ზეთი‑in‑წყლის (O/W) ემულსიები. ეს მოიცავს ემულგატორების ძირითად პრინციპებს.

როდესაცემულგატორიშეჰყავთ შეურეველ ზეთში‑წყლის სისტემაში ორი ფაზის შესარევად ახალი დისპერსიული პირობები იქმნება. ეს არ არის ნამდვილი გახსნა იმ გაგებით, რომ მარილი წყალში იხსნება. ამის ნაცვლად, ერთი ფაზა ერთგვაროვნად იშლება წვრილი წვეთების სახით მეორე ფაზაში. თუ გარე პირობები შეიცვლება, ზეთი და წყალი კვლავ გამოიყოფა, რაც მიუთითებს ცუდ ემულსიფიკაციაზე ან ემულსიის არასაკმარის სტაბილურობაზე. გარკვეულმა დანამატებმა შეიძლება დაარღვიონ ზეთის შემადგენლობა.‑წყლის წონასწორობის აღდგენა და ფაზების სრული გამოყოფა; ასეთი ნივთიერებები ემულგატორების საწინააღმდეგოდ მოქმედებენ და დემულგატორების სახელითაა ცნობილი.

ემულსია არსებითად დისპერსიული სისტემაა. დისპერსიის გამო‑ფაზური წვეთები და ფაზებს შორის გარდატეხის ინდექსის სხვაობა, დაცემული სინათლე განიცდის არეკვლას, გაფანტვას და გადაცემას წვეთების ზედაპირებზე. ემულსიური წვეთების ტიპური ზომები მერყეობს 0.1-დან.μმ-დან 10-მდეμმ, ხილვადობისას‑სინათლის ტალღის სიგრძე 0.4-ს შორის მერყეობსμმ და 0.6μმ. ხდება ძლიერი არეკვლა, რაც ემულსიებს ანიჭებს მათ დამახასიათებელ რძისფერს.‑თეთრი შესახედაობა. როდესაც წვეთების დიამეტრი 0.05-დან მერყეობსμმ-დან 0.1-მდეμმ (ოდნავ უფრო პატარაა, ვიდრე ხილული‑სინათლის ტალღის სიგრძეები), ხდება სინათლის გაფანტვა და სისტემა გამჭვირვალე ჩანს. 0.05-ზე ნაკლები წვეთების ზომის შემთხვევაშიμმ (გაცილებით პატარაა, ვიდრე ხილულია)‑სინათლის ტალღის სიგრძეები), სინათლის გამტარობა დომინირებს და სისტემა გამჭვირვალე ხდება. სისტემები 0.1-ზე ნაკლები წვეთების ზომითμგამჭვირვალე ან გამჭვირვალე ემულსიები განისაზღვრება, როგორც მიკროემულსიები, რომელთა თვისებები მნიშვნელოვნად განსხვავდება ჩვეულებრივი მაკროემულსიებისგან. მიკროემულსია მაინც ემულსიაა, უბრალოდ გაცილებით წვრილად დისპერსირებული.‑ფაზის წვეთები. მის ფორმირებას არა მხოლოდ ემულგატორები, არამედ თანაც სჭირდება‑ემულგატორები. ეს აჩვენებს, რომ ემულსიფიკაცია‑ამოძრავებული„დაშლა„არსებითად, საქმე დისპერგირებული ფაზის ნაწილაკების ზომის კონტროლს ეხება.

ემულგატორის მუშაობა დამოკიდებულია დელიკატურ ბალანსზე. მისი ჰიდროფილური და ლიპოფილური შესაძლებლობები ქმნის მოძრავ ეფექტს. მაგალითად, დაბალი‑ნახშირბადის სპირტები ავლენენ ძლიერ ჰიდროფილურობას და წყალში იხსნებიან უმნიშვნელო ზეთისადმი მიდრეკილებით. პირიქით, ზედმეტად ლიპოფილური ნივთიერებები ვერ ურთიერთქმედებენ წყალთან და ავლენენ ზეთს.‑ხსნადობა. მიუხედავად იმისა, რომ ბევრი ნივთიერება შეიცავს როგორც ჰიდროფილურ, ასევე ლიპოფილურ ნაწილაკებს, მათი კლასიფიცირება ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებად არ შეიძლება. თუ ნივთიერება უპირატესად ჰიდროფილური ან ლიპოფილურია, ის უბრალოდ ზედაპირულია.‑აქტიური ნივთიერება, ისევე როგორც ზემოთ ხსენებული ზოგიერთი დანამატი. ჰიდროფილური ნივთიერების გაზომვადი მეტრიკა‑ამიტომ საჭიროა ლიპოფილური სიმტკიცე, კერძოდ, ჭაბურღილი‑ცნობილი ჰიდროფილი‑ლიპოფილი‑ბალანსის (HLB) მნიშვნელობა.

HLB მნიშვნელობა პრაქტიკული ემულსიფიკაციისთვის ღირებულ ხელმძღვანელობას წარმოადგენს, სხვადასხვა ემპირიულ ტექნიკასთან ერთად, რომლებიც ლიტერატურაშია დოკუმენტირებული და აქ არ იქნება განხილული. ზეთის ემულგაცია ემულგატორებით თავისთავად რთული არ არის. ემულგატორის ოპტიმალური ტიპების, დოზებისა და სტაბილურობის პირობების დადგენა შესაძლებელია ექსპერიმენტულად, საცდელი პერიოდის განმავლობაში.‑და‑შეცდომა. ამიტომ, ემულგატორის შემუშავება დიდწილად ექსპერიმენტულ სამუშაოებზეა დამოკიდებული. ბევრი მიკრო‑ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების ქცევის მექანიზმები დღემდე არასრულად არის განმარტებული მკვლევარების მიერ. ემულსიფიკაციის გარდა, ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ასრულებენ დასველების, წმენდის, დეტერგენციის, გაშლის, ხსნადობის და სხვა ფუნქციებს. ჩვენი ინდუსტრიისთვის ექსპერიმენტული სკრინინგი პრაგმატული მიდგომაა, რადგან ნამდვილი ცოდნა პრაქტიკიდან მოდის. ექსპერიმენტულად დადგენილია რამდენიმე ემპირიული წესი: შერეული ემულგატორები აჯობებენ ერთეულ ემულგატორებს, ხოლო ანიონური და არაიონური ემულგატორების კომბინაციები...‑იონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ხელსაყრელ სინერგიულ ეფექტს ქმნიან.

ემულგატორების თეორიის აშკარა სიმარტივის მიუხედავად, პრაქტიკული გამოყენება რთულია. მხოლოდ ემულგატორების გამოყენება ხშირად შეიძლება ექსპერიმენტის გზით გადაწყდეს, თუმცა შემდგომში ბევრი‑დამატებულ დანამატებს აქვთ ზედაპირი‑აქტიური თვისებები. ეს ხელს უშლის ემულგატორის მუშაობას და ცვლის სისტემის ეფექტურ HLB-ს. ტიპიური მაგალითია ემულსიებში კოროზიის ინჰიბიტორები. ეს მაღალპოლარული ზედაპირის მქონე‑აქტიური ინგრედიენტები შედის ჟანგის თავიდან ასაცილებლად, მაგრამ შეიძლება გამოიწვიოს ზეთის დესტაბილიზაცია‑წყლის ემულსიის ბალანსი და ემულგატორის შერჩევისას უნდა იქნას გათვალისწინებული. ემულგატორის მრავალი ტიპის ნარევების ფორმულირებამ შეიძლება შეამციროს დოზა და ღირებულება, ამავდროულად გააუმჯობესოს ემულსიის სტაბილურობა. თუმცა, კითხვები იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა გაერთიანდეს სხვადასხვა ემულგატორები და მათი შერევის მექანიზმები, მკვეთრად ზრდის ფორმულირების სირთულეს. არსებობს მუდმივი მცდარი წარმოდგენა, რომ ანიონური და კათიონური ემულგატორების შერევა შეუძლებელია. სინამდვილეში, ანიონური‑კათიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ნარევები ფართოდ არის აღწერილი ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების მეცნიერებაში, თუმცა ისინი იშვიათად გამოიყენება ჩვენს სექტორში. მყარ წყალში არსებულმა კალციუმის და მაგნიუმის იონებმა ასევე შეიძლება დაარღვიონ ემულსიის ზედაპირული აპკები და გააუქმონ ემულგატორები. კალციუმის იონები განსაკუთრებით პრობლემურია: ბევრი ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება რეაგირებს კალციუმთან წყლის წარმოქმნით.‑უხსნადი კალციუმის საპნები, რომლებიც გამოიყოფა სისტემიდან. ეს თემა შემდეგ თავში იქნება განხილული.

შესაბამისად, ერთი შეხედვით მარტივი ემულგატორები სხვა კომპონენტების შეყვანის შემდეგ ძალიან რთულდება. დასრულებული ემულსიის წარმოება რთული არ არის; რეალური გამოწვევა მდგომარეობს სტაბილურობის შენარჩუნებაში სხვადასხვა სამუშაო პირობებში, ზეთისა და წყლის მუდმივი შერევით.

ემულგატორების შესრულების მოთხოვნები:

მყარი წყლისადმი მდგრადობა

ეს პარამეტრი ახასიათებს ემულგატორს'ტოლერანტობა ხისტი წყლის მიმართ. ჩვეულებრივი ანიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები, როგორც წესი, ამ მხრივ ცუდად მუშაობენ, ამიტომ არა‑იონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები თანდათან ცვლის მათ. ამასთან, ანიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ინარჩუნებენ თავიანთ უნიკალურ ღირსებებს.

ქაფის წარმოქმნის ტენდენცია

ბევრი ტრადიციული ხაზოვანი ანიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება წარმოქმნის უხვი ქაფს, რაც ამკვიდრებს მცდარ მოსაზრებას, რომ ქაფის უფრო დიდი მოცულობა უმაღლეს სარეცხი თვისებებს უდრის. ქაფს ძირითადად ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები წარმოქმნიან. ჩვენს საპოხი მასალაში‑დაკავშირებული ინდუსტრიისთვის, მინიმალური ქაფი თითქმის ყოველთვის სასურველია. სამწუხაროდ, მრავალი ემულგატორი ავლენს მაღალ ქაფის უნარს. ამიტომ, ფორმულირებლებმა უნდა შეარჩიონ შესაბამისი ემულგატორის კლასები ქაფის წარმოქმნის შესაჩერებლად, რაც ხსნის მზარდ მოთხოვნას.‑დაბალი‑ქაფის ემულგატორები.

ბიოლოგიური სტაბილურობა

ბიოლოგიური სტაბილურობა ემულგატორების მუშაობის კიდევ ერთ კრიტიკულ ინდექსს წარმოადგენს. თუ ემულგატორი ხანგრძლივი მოქმედების დროს მგრძნობიარეა ბაქტერიული დეგრადაციის მიმართ,‑ვადიანი მომსახურების შემთხვევაში, შესაბამისი საჭრელი სითხის შემდგომი განადგურება უკიდურესად პრობლემური ხდება. გარემოსდაცვითი‑დაცვის რეგულაციები გადამწყვეტ გავლენას ახდენს ემულგატორის შერჩევაზე და არეგულირებს მთელ ინდუსტრიას.

ემულგატორები იყოფა ანიონურ, კათიონურ, ამფოტერულ და არა...‑იონური და სხვა ოჯახები, რომლებიც შეესაბამება სხვადასხვა ქიმიურ ნივთიერებებს, რომლებიც ნაცნობია წვრილი ნაერთებისთვის.‑ქიმიის სპეციალისტები. ეს ტექსტი არ ჩაუღრმავდება თითოეული კატეგორიის დეტალურ პოპულარულ აღწერილობებს. ჩვენს ინდუსტრიაში, ანიონური და არაიონური‑მოხმარებისა და პროდუქტის მრავალფეროვნების თვალსაზრისით იონური ემულგატორები დომინირებენ. თითოეულ კატეგორიაში არსებობს მრავალი მოლეკულური სტრუქტურა განსხვავებული ემულსიფიკატორის მახასიათებლებით, თითოეულს შესაბამისი ძლიერი და სუსტი მხარეებით. ისინი ხშირად ერევა გამოყენების დოზის შესამცირებლად და ემულსიის სტაბილურობის გასაუმჯობესებლად.

ემულგატორის ფორმულირებისთვის აბსოლუტურად ფიქსირებული წესები არ არსებობს. ცვლადები მოიცავს ფუძეებში არსებულ განსხვავებებს.‑ზეთი‑be‑ემულგირებული, ემულგატორის შერევის თანაფარდობები, მომსახურება‑გარემო პირობები, მომხმარებლის სპეციალური სპეციფიკაციები და სხვა დანამატების ინტერაქტიული ეფექტები. მიუხედავად ამისა, ექსპერიმენტი პრაქტიკულ გადაწყვეტას იძლევა. ემულსიფიკაციის ტესტების ჩატარება შედარებით მარტივია. თეორიული ცოდნის გარეშეც კი, შესაძლებელია სამუშაო ფორმულირებების მიღება განმეორებითი ცდების გზით, თუმცა დროის ხარჯზე. შესაბამისი ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება‑მეცნიერების თეორიები, რომლებიც აჩქარებენ განვითარებას, კარგად არის‑დოკუმენტირებულია არსებულ ლიტერატურაში და სრულიად საკმარისია ჩვენს ინდუსტრიაში ემულსიფიკაციის პრობლემების გადასაჭრელად.