Amfotērās virsmaktīvās vielas ir virsmaktīvās vielas, kas vienā molekulā satur gan anjonu hidrofilās grupas, gan katjonu hidrofilās grupas. To būtiskākā īpašība ir tā, ka tās var gan ziedot, gan pieņemt protonus. Tām lietošanas laikā piemīt šādas īpašības: amfotērajām virsmaktīvajām vielām parasti ir labas mazgāšanas, disperģēšanas, emulgēšanas, sterilizēšanas, šķiedru mīkstināšanas un antistatiskās īpašības, un tās var izmantot kā audumu apdares palīgvielas, krāsošanas palīgvielas, kalcija ziepju disperģētājus, ķīmiskās tīrīšanas virsmaktīvās vielas un metālu korozijas inhibitorus utt. Tām piemīt izcilas audumu mīkstuma, gluduma un antistatiskās īpašības; noteiktas baktericīdas un pelējuma nomācošas īpašības; un labas emulgējošas un disperģējošas īpašības. Tomēr šāda veida virsmaktīvās vielas ir salīdzinoši dārgas, un to faktiskais pielietojuma diapazons ir mazāks nekā citu veidu virsmaktīvajām vielām. Tās ir vieglas virsmaktīvās vielas. Atšķirībā no atsevišķām anjonu vai katjonu virsmaktīvām vielām, amfotēro virsmaktīvo vielu molekulām vienā molekulas galā ir gan skābas, gan bāziskas grupas. Skābās grupas pārsvarā ir karboksilgrupas, sulfonskābes vai fosfātu grupas, savukārt bāziskās grupas ir aminoskābes vai kvaternārās amonija grupas. Tās var sajaukt ar anjonu un nejonu virsmaktīvajām vielām, un tās ir izturīgas pret skābēm, sārmiem, sāļiem un sārmzemju metālu sāļiem.
Pašlaik plaši izmantotajām sintētiskajām amfotērajām virsmaktīvajām vielām galvenokārt ir karboksilātu grupas kā anjonu daļas, un dažām ir sulfonātu grupas; to katjonu daļas galvenokārt ir amīnu sāļi vai kvaternārie amonija sāļi. Tās, kurās amīnu sāļi ir katjonu daļa, sauc par aminoskābju tipa vielām; tās, kurās katjonu daļa ir kvaternārie amonija sāļi, sauc par betaīna tipa vielām.
- Aminoskābju veids
Aminoskābju tipa amfotērisko virsmaktīvo vielu ūdens šķīdums ir sārmains. Lēnām pievienojot sālsskābi un maisot, šķīdumam kļūstot neitrālam, izmaiņas nenotiek. Kad šķīdums kļūst viegli skābs, veidojas nogulsnes. Ja pievieno vairāk sālsskābes, lai šķīdums kļūtu ļoti skābs, nogulsnes atkal izšķīst. Tas norāda, ka tās sārmainā vidē uzvedas kā anjonu virsmaktīvā viela un skābā vidē kā katjonu virsmaktīvā viela. Tomēr, kad katjonu un anjonu īpašības ir precīzi līdzsvarotas izoelektriskajā punktā, hidrofilitāte samazinās, kā rezultātā veidojas nogulsnes. Molekulā esošais anjons ir karboksilgrupa, un katjons ir amonija sāls. Šāda veida virsmaktīvās vielas uzrāda dažādas virsmas aktivitātes, mainoties vides pH līmenim. Piemēram, dodecilaminopropionskābi (C12H25N+H2CH2CH2COO-) nātrija hidroksīda vidē var pārvērst par nātrija dodecilaminopropionātu (C12H25NHCH2CH2COO-Na+), uzvedoties kā ūdenī šķīstoša anjonu virsmaktīvā viela. Sālsskābes vidē to var pārvērst par dodecilaminopropionskābes hidrohlorīda sāli [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-], kas darbojas kā ūdenī šķīstoša katjonu virsmaktīvā viela. Ja vides pH tiek noregulēts tā, lai pozitīvie un negatīvie lādiņi būtu precīzi līdzsvaroti, tas tiek pārvērsts par iekšējo sāli (C12H25N+H2CH2CH2COO-), kas slikti šķīst ūdenī un izgulsnējas. Šī punkta pH līmeni sauc par izoelektrisko punktu. Lai pilnībā iedarbotos aminoskābju tipa amfotēras virsmaktīvās vielas, tās jāizmanto ūdens šķīdumos ar pH, kas atšķiras no izoelektriskā punkta. Bieži sastopamas aminoskābju tipa amfotēru virsmaktīvo vielu pagatavošanā izmantotās izejvielas ir augstāki alifātiskie primārie amīni, metilakrilāts (skatīt akrilāta esterus), akrilnitrils un hloretiķskābe.
- Betaīna tips
Betaīna tipa amfotērajām virsmaktīvajām vielām ir vislabākā īpašība – tās šķīst ūdens šķīdumos neatkarīgi no to vides: skābi, neitrāli vai sārmaini. Tās neizgulsnējas pat izoelektriskajā punktā. Turklāt tām piemīt arī labas īpašības, piemēram, caurlaidība, mazgāšanas spēja un antistatiska veiktspēja. Tāpēc tās ir labi emulgatori un mīkstinātāji.
Karboksibetaīns
Molekulā esošais anjons ir karboksilgrupa, un katjons ir kvaternārā amonija grupa. Piemēram, alkildimetilbetaīns [RN+(CH3)2CH2COO-], kur alkilgrupai R ir no 12 līdz 18 oglekļa atomiem. Salīdzinot ar aminoskābju tipiem, betaīna tipi var šķīst ūdenī skābā, neitrālā vai sārmainā vidē un neizgulsnēties pat izoelektriskajā punktā, tāpēc tos var izmantot ūdens šķīdumos ar jebkuru pH. Skābā vidē, kad izoelektriskā punkta pH ir zemāks, tas uzvedas kā ūdenī šķīstoša katjonu virsmaktīvā viela [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-]; neitrālā vai sārmainā vidē, t.i., kad pH ir vienāds ar vai augstāks par izoelektrisko punktu, tas uzvedas kā ūdenī šķīstoša amfotēra virsmaktīvā viela un neuzvedas kā anjonu virsmaktīvā viela. Amfotēras virsmaktīvās vielas mēdz veidot nogulsnes ar anjonu virsmaktīvām vielām tikai skābā vidē. Tās var izmantot kombinācijā ar jebkura veida virsmaktīvajām vielām vidē ar dažādām pH vērtībām. Bieži sastopamas izejvielas betaīna tipa amfotēru virsmaktīvo vielu pagatavošanai, tostarp alkildimetilterciārie amīni un nātrija hloracetāts.
Sulfobetains
Molekulā esošā anjonu grupa ir sulfo grupa (SO3-), bet katjonu grupa ir kvaternārā amonija grupa. Visbiežāk izmantotie ir alkildimetilsulfonetilbetaīni [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] un alkildimetilsulfopropilbetaīni [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]. Formulās alkilgrupas R oglekļa atomu skaits svārstās no 12 līdz 18. Sulfobetaīniem piemīt visaptverošas īpašības; tiem piemīt ne tikai visas parasto betaīnu priekšrocības, bet arī unikālas priekšrocības, piemēram, izturība pret augstām skābju, sārmu un sāļu koncentrācijām. Pašlaik hidroksisulfopropils [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] tiek izmantots, lai aizstātu sulfopropilbetaīnus, kuru ražošanas laikā rodas cilvēka organismam kaitīgas vielas. Tā kā to struktūrā ir gan anjonu, gan katjonu grupas ar hidroksilgrupām, tām piemīt ne tikai visas amfotēru virsmaktīvo vielu priekšrocības, bet arī izturība pret augstām skābju, sārmu un sāļu koncentrācijām, labas emulgējošas, disperģējošas un antistatiskas īpašības, kā arī baktericīdas, pretsēnīšu un viskoelastīgas īpašības. Tās ir virsmaktīvās vielas ar izcilu kopējo veiktspēju un tiek plaši izmantotas dažādās jomās, piemēram, ikdienas ķimikālijās, naftas ieguves pārvietošanā, šķelšanā un paskābināšanā.
Fosfolipīdu betaīns
Molekulas anjonu grupa ir fosfātu grupa (HPO4-), un katjonu grupa ir kvaternārā amonija grupa. Piemēram, alkildimetilhidroksipropilfosfāta betaīns [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], kur alkilgrupai R ir 12 līdz 18 oglekļa atomi. Šī struktūra nosaka, ka tai piemīt ne tikai amfotēru virsmaktīvo vielu izcilās īpašības, piemēram, mitrināmība, mazgāšanas spēja, šķīdināšanas, emulgācijas un disperģēšanas īpašības, antistatiskas īpašības, termiskā stabilitāte, kā arī laba saderība, zems kairinājums un priekšrocības salīdzinājumā ar vispārējām anjonu virsmaktīvajām vielām, piemēram, labāka izturība pret sārmiem, elektrolītu izturība un antistatiskas īpašības, bet arī spēcīga kalcija ziepju disperģējamība, zems virsmas spraigums un lieliska putošanas spēja.
Publicēšanas laiks: 2026. gada 4. februāris