ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების გაგება ერთ სტატიაში - ამინომჟავის ტიპი და ბეტაინის ტიპი

ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები არის ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები, რომლებიც ერთსა და იმავე მოლეკულაში შეიცავენ როგორც ანიონურ ჰიდროფილურ, ასევე კათიონურ ჰიდროფილურ ჯგუფებს. მათი ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ის, რომ მათ შეუძლიათ როგორც პროტონების დონაცია, ასევე მიღება. გამოყენებისას მათ აქვთ შემდეგი მახასიათებლები: ამფოტერულ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებს ზოგადად კარგი მაჩვენებლები აქვთ რეცხვის, დისპერსიის, ემულსიფიკაციის, სტერილიზაციის, ბოჭკოების დარბილების და ანტისტატიკურ ეფექტებში და შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ქსოვილის დასრულების დამხმარე საშუალებები, საღებავის დამხმარე საშუალებები, კალციუმის საპნის დისპერსანტები, ქიმწმენდის ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები და ლითონის კოროზიის ინჰიბიტორები და ა.შ. მათ აქვთ შესანიშნავი რბილობა, სიგლუვე და ანტისტატიკური თვისებები ქსოვილებისთვის; გარკვეული ბაქტერიციდული და ობის საწინააღმდეგო თვისებები; და კარგი ემულსიფიკაციის და დისპერსიის თვისებები. თუმცა, ამ ტიპის ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება შედარებით ძვირია და მისი ფაქტობრივი გამოყენების დიაპაზონი უფრო მცირეა, ვიდრე სხვა ტიპის ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების. ის არის რბილი ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება. ერთანიონური ან კათიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებებისგან განსხვავებით, ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების მოლეკულებს აქვთ როგორც მჟავე, ასევე ფუძე ჯგუფები მოლეკულის ერთ ბოლოში. მჟავე ჯგუფები ძირითადად კარბოქსილის, სულფონის მჟავას ან ფოსფატის ჯგუფებია, ხოლო ფუძე ჯგუფები ამინო ან მეოთხეული ამონიუმის ჯგუფებია. მათი შერევა შესაძლებელია ანიონურ და არაიონურ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებთან და მდგრადია მჟავების, ტუტეების, მარილების და ტუტემიწა ლითონების მარილების მიმართ.

ამჟამად, ხშირად გამოყენებადი სინთეზური ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ძირითადად ანიონური ფრაგმენტების სახით კარბოქსილატის ჯგუფებით ხასიათდება, ზოგიერთს კი სულფონატის ჯგუფები აქვს; მათი კათიონური ფრაგმენტები ძირითადად ამინის მარილები ან მეოთხეული ამონიუმის მარილებია. კათიონური ფრაგმენტის სახით ამინის მარილების შემცველ ნივთიერებებს ამინომჟავის ტიპი ეწოდება; კათიონური ფრაგმენტის სახით მეოთხეული ამონიუმის მარილების შემცველ ნივთიერებებს ბეტაინის ტიპი ეწოდება.

1. ამინომჟავის ტიპი

ამინომჟავის ტიპის ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების წყალხსნარი ტუტეა. როდესაც მარილმჟავას ნელა და მორევით ემატება, ხსნარის ნეიტრალური მდგომარეობის მიღებისას ცვლილება არ ხდება. ნალექი წარმოიქმნება, როდესაც ხსნარი ოდნავ მჟავე ხდება. თუ ხსნარის ძლიერ მჟავე მდგომარეობის მისაცემად მეტ მარილმჟავას ემატება, ნალექი კვლავ იხსნება. ეს მიუთითებს, რომ ის ტუტე გარემოში ანიონურ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებად იქცევა, ხოლო მჟავე გარემოში - კათიონურ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებად. თუმცა, როდესაც კათიონური და ანიონური თვისებები ზუსტად დაბალანსებულია იზოელექტრულ წერტილში, ჰიდროფილურობა მცირდება, რაც იწვევს ნალექის წარმოქმნას. მოლეკულაში ანიონი არის კარბოქსილის ჯგუფი, ხოლო კათიონი - ამონიუმის მარილი. ამ ტიპის ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება გარემოს pH-ის ცვლილებებით სხვადასხვა ზედაპირულ აქტივობას ავლენს. მაგალითად, დოდეცილამინოპროპიონის მჟავა (C12H25N+H2CH2CH2COO-) შეიძლება გარდაიქმნას ნატრიუმის დოდეცილამინოპროპიონატად (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) ნატრიუმის ჰიდროქსიდის გარემოში, რომელიც წყალში ხსნადი ანიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების როლს ასრულებს. მარილმჟავა გარემოში ის შეიძლება გარდაიქმნას დოდეცილამინოპროპიონის მჟავას ჰიდროქლორიდულ მარილად [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-], რომელიც იქცევა როგორც წყალში ხსნადი კათიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება. თუ გარემოს pH-ს ისე დავარეგულირებთ, რომ დადებითი და უარყოფითი მუხტები ზუსტად დაბალანსებული იყოს, ის გარდაიქმნება შიდა მარილად (C12H25N+H2CH2CH2COO-), რომელიც წყალში ცუდად ხსნადია და გამოიყოფა. ამ წერტილში pH-ს იზოელექტრული წერტილი ეწოდება. ამინომჟავის ტიპის ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ეფექტის სრულად გამოსავლენად, ისინი უნდა იქნას გამოყენებული წყალხსნარებში, რომელთა pH გადახრილია იზოელექტრული წერტილიდან. ამინომჟავის ტიპის ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების მომზადებაში გამოყენებული გავრცელებული ნედლეული მოიცავს უფრო მაღალ ალიფატურ პირველად ამინებს, მეთილაკრილატს (იხ. აკრილატის ეთერები), აკრილონიტრილს და ქლორძმარმჟავას.

1. Bეტაინის ტიპი

ბეტაინის ტიპის ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ყველაზე დიდი მახასიათებელია წყალხსნარებში ხსნადობა, მიუხედავად იმისა, არის თუ არა ისინი მჟავე, ნეიტრალური თუ ტუტე. ისინი არ ილექებიან იზოელექტრულ წერტილშიც კი. გარდა ამისა, მათ ასევე აქვთ კარგი თვისებები, როგორიცაა გამტარიანობა, სარეცხი და ანტისტატიკური მოქმედება. ამიტომ, ისინი კარგი ემულგატორები და დამარბილებლები არიან.

კარბოქსიბეტაინი

მოლეკულაში ანიონი კარბოქსილის ჯგუფია, ხოლო კათიონი - მეოთხეული ამონიუმის ჯგუფი. მაგალითად, ალკილ დიმეთილ ბეტაინი [RN+(CH3)2CH2COO-], სადაც ალკილის ჯგუფს R აქვს 12-დან 18-მდე ნახშირბადის ატომ. ამინომჟავების ტიპებთან შედარებით, ბეტაინის ტიპებს შეუძლიათ წყალში გახსნა მჟავე, ნეიტრალურ ან ტუტე გარემოში და არ ილექებიან იზოელექტრულ წერტილშიც კი, ამიტომ მათი გამოყენება შესაძლებელია ნებისმიერი pH-ის მქონე წყალხსნარებში. მჟავე გარემოში, როდესაც იზოელექტრული წერტილის pH უფრო დაბალია, ის იქცევა როგორც წყალში ხსნადი კათიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-]; ნეიტრალურ ან ტუტე გარემოში, ანუ როდესაც pH ტოლია ან მეტია იზოელექტრულ წერტილზე, ის იქცევა როგორც წყალში ხსნადი ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება და არ იქცევა როგორც ანიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება. ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ანიონურ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებთან ერთად ნალექებს მხოლოდ მჟავე გარემოში წარმოქმნიან. მათი გამოყენება შესაძლებელია ნებისმიერი ტიპის ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებასთან კომბინაციაში სხვადასხვა pH მნიშვნელობის მქონე გარემოში. ბეტაინის ტიპის ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების მოსამზადებლად გამოყენებული გავრცელებული ნედლეული მოიცავს ალკილ დიმეთილის მესამეულ ამინებს და ნატრიუმის ქლორაცეტატს და ა.შ.

სულფობეტაინი

მოლეკულაში ანიონური ჯგუფი არის სულფო ჯგუფი (SO3-), ხოლო კათიონური ჯგუფი არის მეოთხეული ამონიუმის ჯგუფი. ხშირად გამოყენებული ჯგუფებია ალკილ დიმეთილ სულფონეთილ ბეტაინები [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] და ალკილ დიმეთილ სულფოპროპილ ბეტაინები [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]. ფორმულებში ალკილ ჯგუფ R-ში ნახშირბადის ატომების რაოდენობა მერყეობს 12-დან 18-მდე. სულფობეტაინებს აქვთ ყოვლისმომცველი თვისებები; მათ არა მხოლოდ აქვთ ჩვეულებრივი ბეტაინების ყველა უპირატესობა, არამედ აქვთ უნიკალური უპირატესობები, როგორიცაა მჟავების, ტუტეების და მარილების მაღალი კონცენტრაციებისადმი მდგრადობა. ამჟამად, ჰიდროქსი სულფოპროპილ [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] გამოიყენება სულფოპროპილ ბეტაინების შესაცვლელად, რომლებიც წარმოების დროს წარმოქმნიან ადამიანის ორგანიზმისთვის მავნე ნივთიერებებს. მათ სტრუქტურაში ჰიდროქსილის ჯგუფებით როგორც ანიონური, ასევე კათიონური ჯგუფების არსებობის გამო, მათ არა მხოლოდ ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ყველა უპირატესობა აქვთ, არამედ ავლენენ მდგრადობას მჟავების, ტუტეების და მარილების მაღალი კონცენტრაციების მიმართ, კარგ ემულსიფიკატორულ, დისპერსიულ და ანტისტატიკურ თვისებებს, ასევე ბაქტერიციდულ, სოკოს საწინააღმდეგო და ვისკოელასტურ თვისებებს. ისინი წარმოადგენენ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებს შესანიშნავი საერთო ეფექტურობით და ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა სფეროში, როგორიცაა ყოველდღიური ქიმიკატები, ნავთობის საბადოების ნავთობის გადაადგილება, ფრაქცირება და მჟავიანობა.

ფოსფოლიპიდი ბეტაინი

მოლეკულაში ანიონური ჯგუფი არის ფოსფატური ჯგუფი (HPO4-), ხოლო კათიონური ჯგუფი არის მეოთხეული ამონიუმის ჯგუფი. მაგალითად, ალკილ დიმეთილჰიდროქსიპროპილფოსფატ ბეტაინი [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], სადაც ალკილის ჯგუფს R აქვს 12-დან 18-მდე ნახშირბადის ატომ. ეს სტრუქტურა განსაზღვრავს, რომ მას არა მხოლოდ ამფოტერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების შესანიშნავი თვისებები აქვს, როგორიცაა დასველების უნარი, სარეცხი უნარი, ხსნადობა, ემულსიფიკაციის და დისპერსიის თვისებები, ანტისტატიკური თვისება, თერმული სტაბილურობა, ასევე კარგი თავსებადობა, დაბალი გაღიზიანება და უპირატესობები ზოგად ანიონურ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებთან შედარებით, როგორიცაა უკეთესი ტუტეებისადმი მდგრადობა, ელექტროლიტებისადმი მდგრადობა და ანტისტატიკური თვისება, არამედ აქვს ძლიერი კალციუმის საპნის დისპერსიულობა, დაბალი ზედაპირული დაჭიმულობა და შესანიშნავი ქაფირების უნარი.