सर्फॅक्टंट्सच्या ओल्या आणि विद्राव्य परिणामांबद्दल तुम्हाला किती माहिती आहे?

ओलावा परिणाम, आवश्यकता: HLB: 7-9

घन पृष्ठभागावर शोषलेला वायू द्रवाने विस्थापित होतो अशी घटना म्हणजे ओले होणे. ही विस्थापन क्षमता वाढवू शकणाऱ्या पदार्थांना ओले करणारे घटक म्हणतात. ओले होणे हे सामान्यतः तीन प्रकारांमध्ये वर्गीकृत केले जाते: संपर्क ओले होणे (आसंजनशील ओले होणे), विसर्जन ओले होणे (विसर्जनशील ओले होणे), आणि प्रसार ओले होणे (प्रसार). यापैकी, प्रसार ओले होण्याच्या सर्वोच्च मानकाचे प्रतिनिधित्व करतो आणि प्रसार गुणांक बहुतेकदा वेगवेगळ्या प्रणालींमधील ओले होण्याच्या कामगिरीचे मूल्यांकन करण्यासाठी सूचक म्हणून वापरला जातो. याव्यतिरिक्त, संपर्क कोन हा ओले होण्याच्या गुणवत्तेचे मूल्यांकन करण्यासाठी एक निकष देखील आहे. द्रव आणि घन टप्प्यांमधील ओले होण्याचे प्रमाण नियंत्रित करण्यासाठी सर्फॅक्टंट्सचा वापर केला जाऊ शकतो.

कीटकनाशक उद्योगात, काही दाणेदार फॉर्म्युलेशन आणि डस्टेबल पावडरमध्ये विशिष्ट प्रमाणात सर्फॅक्टंट्स असतात. त्यांचा उद्देश लक्ष्य पृष्ठभागावर कीटकनाशकाचे चिकटणे आणि जमा होण्याचे प्रमाण सुधारणे, सोडण्याचा दर वाढवणे आणि ओलसर परिस्थितीत सक्रिय घटकांचे प्रसार क्षेत्र वाढवणे, ज्यामुळे रोग प्रतिबंधक आणि उपचारांची प्रभावीता वाढते.

सौंदर्यप्रसाधन उद्योगात, सर्फॅक्टंट्स इमल्सीफायर म्हणून काम करतात आणि क्रीम, लोशन, फेशियल क्लींजर्स आणि मेकअप रिमूव्हर्स सारख्या स्किनकेअर उत्पादनांमध्ये ते अपरिहार्य घटक आहेत.

मायसेल्स आणि विद्राव्यीकरण,आवश्यकता: C > CMC (HLB 13–18)

सर्फॅक्टंट रेणू ज्या किमान सांद्रतेवर मायसेल्स तयार करण्यासाठी एकत्र येतात. जेव्हा सांद्रता CMC मूल्यापेक्षा जास्त असते, तेव्हा सर्फॅक्टंट रेणू स्वतःला गोलाकार, रॉड-सारखे, लॅमेलर किंवा प्लेट-सारख्या संरचनांमध्ये व्यवस्थित करतात.

विद्राव्यीकरण प्रणाली ही थर्मोडायनामिक समतोल प्रणाली आहेत. CMC जितके कमी असेल आणि सहवासाची डिग्री जितकी जास्त असेल तितकी जास्तीत जास्त अ‍ॅडिटीव्ह कॉन्सन्ट्रेसन (MAC) जास्त असेल. विद्राव्यीकरणावर तापमानाचा परिणाम तीन पैलूंमध्ये दिसून येतो: ते मायसेल निर्मिती, विद्राव्यतेची विद्राव्यता आणि स्वतः सर्फॅक्टंट्सची विद्राव्यता यावर परिणाम करते. आयनिक सर्फॅक्टंट्ससाठी, वाढत्या तापमानासह त्यांची विद्राव्यता झपाट्याने वाढते आणि ज्या तापमानात ही अचानक वाढ होते त्याला क्राफ्ट पॉइंट म्हणतात. क्राफ्ट पॉइंट जितका जास्त असेल तितकी गंभीर मायसेल कॉन्सन्ट्रेसन कमी असेल.

पॉलीऑक्सिथिलीन नॉनिओनिक सर्फॅक्टंट्ससाठी, जेव्हा तापमान एका विशिष्ट पातळीपर्यंत वाढते, तेव्हा त्यांची विद्राव्यता झपाट्याने कमी होते आणि पर्जन्यवृष्टी होते, ज्यामुळे द्रावण ढगाळ होते. या घटनेला क्लाउडिंग म्हणतात आणि संबंधित तापमानाला क्लाउड पॉइंट म्हणतात. समान पॉलीऑक्सिथिलीन साखळी लांबी असलेल्या सर्फॅक्टंट्ससाठी, हायड्रोकार्बन साखळी जितकी जास्त असेल तितका क्लाउड पॉइंट कमी असेल; उलट, समान हायड्रोकार्बन साखळी लांबी असलेल्या, पॉलीऑक्सिथिलीन साखळी जितकी जास्त असेल तितका क्लाउड पॉइंट जास्त असेल.

ध्रुवीय नसलेल्या सेंद्रिय पदार्थांची (उदा. बेंझिन) पाण्यात विद्राव्यता खूप कमी असते. तथापि, सोडियम ओलिअट सारख्या सर्फॅक्टंट्सचा समावेश केल्याने पाण्यात बेंझिनची विद्राव्यता लक्षणीयरीत्या वाढू शकते - ही प्रक्रिया विद्राव्यीकरण म्हणून ओळखली जाते. विद्राव्यीकरण सामान्य विद्राव्यतेपेक्षा वेगळे आहे: विद्राव्य बेंझिन पाण्याच्या रेणूंमध्ये एकसारखे विरघळत नाही तर ओलिअट आयनांनी तयार केलेल्या मायसेल्समध्ये अडकते. एक्स-रे विवर्तन अभ्यासांनी पुष्टी केली आहे की सर्व प्रकारचे मायसेल्स विद्राव्यतेनंतर वेगवेगळ्या प्रमाणात विस्तारतात, तर एकूण द्रावणाचे कोलिगेटिव्ह गुणधर्म मोठ्या प्रमाणात अपरिवर्तित राहतात.

पाण्यात सर्फॅक्टंट्सची सांद्रता वाढत असताना, सर्फॅक्टंट रेणू द्रव पृष्ठभागावर जमा होतात आणि एक जवळून पॅक केलेला, ओरिएंटेड मोनोमॉलिक्युलर थर तयार करतात. बल्क फेजमधील अतिरिक्त रेणू त्यांच्या हायड्रोफोबिक गटांसह एकत्रित होतात आणि आतील बाजूस तोंड करून मायसेल्स तयार करतात. मायसेल्स तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेली किमान सांद्रता क्रिटिकल मायसेल्स कॉन्सन्ट्रेसन (CMC) म्हणून परिभाषित केली जाते. या सांद्रतेवर, द्रावण आदर्श वर्तनापासून विचलित होते आणि पृष्ठभागावरील ताण विरुद्ध एकाग्रता वक्र वर एक वेगळा वळण बिंदू दिसून येतो. सर्फॅक्टंट एकाग्रता आणखी वाढवल्याने पृष्ठभागावरील ताण कमी होणार नाही; त्याऐवजी, ते बल्क फेजमध्ये मायसेल्सची सतत वाढ आणि गुणाकार वाढवेल.

जेव्हा सर्फॅक्टंट रेणू द्रावणात विखुरतात आणि विशिष्ट एकाग्रता मर्यादेपर्यंत पोहोचतात, तेव्हा ते वैयक्तिक मोनोमर (आयन किंवा रेणू) पासून मायसेल्स नावाच्या कोलाइडल समुच्चयांमध्ये जोडले जातात. या संक्रमणामुळे द्रावणाच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमध्ये अचानक बदल होतात आणि ज्या एकाग्रतेवर हे घडते ते म्हणजे CMC. मायसेल्स तयार होण्याच्या प्रक्रियेला मायसेलायझेशन म्हणतात.

जलीय सर्फॅक्टंट द्रावणांमध्ये मायसेल्सची निर्मिती ही एकाग्रतेवर अवलंबून प्रक्रिया आहे. अत्यंत पातळ द्रावणांमध्ये, पाणी आणि हवा जवळजवळ थेट संपर्कात असतात, त्यामुळे पृष्ठभागावरील ताण फक्त थोडासा कमी होतो, शुद्ध पाण्याच्या जवळ राहतो, बल्क फेजमध्ये खूप कमी सर्फॅक्टंट रेणू विखुरलेले असतात. सर्फॅक्टंटची एकाग्रता मध्यम प्रमाणात वाढत असताना, रेणू पाण्याच्या पृष्ठभागावर वेगाने शोषले जातात, ज्यामुळे पाणी आणि हवेमधील संपर्क क्षेत्र कमी होते आणि पृष्ठभागावरील ताणात तीव्र घट होते. दरम्यान, बल्क फेजमधील काही सर्फॅक्टंट रेणू त्यांच्या हायड्रोफोबिक गटांसह एकत्रित होतात, ज्यामुळे लहान मायसेल्स तयार होतात.

जसजसे सांद्रता वाढत जाते आणि द्रावण संतृप्ति शोषणापर्यंत पोहोचते तसतसे द्रव पृष्ठभागावर एक घनतेने भरलेला एक-आण्विक थर तयार होतो. जेव्हा सांद्रता CMC ला पोहोचते तेव्हा द्रावणाचा पृष्ठभागाचा ताण त्याच्या किमान मूल्यापर्यंत पोहोचतो. CMC च्या पलीकडे, सर्फॅक्टंट एकाग्रता वाढल्याने पृष्ठभागावरील ताणावर फारसा परिणाम होत नाही; त्याऐवजी, ते बल्क टप्प्यात मायसेल्सची संख्या आणि आकार वाढवते. त्यानंतर द्रावणावर मायसेल्सचे वर्चस्व असते, जे नॅनोपावडरच्या संश्लेषणात सूक्ष्मअभिक्रियाकार म्हणून काम करतात. सतत सांद्रता वाढल्याने, प्रणाली हळूहळू द्रव स्फटिकासारखे स्थितीत बदलते.

जेव्हा जलीय सर्फॅक्टंट द्रावणाची सांद्रता CMC पर्यंत पोहोचते, तेव्हा वाढत्या एकाग्रतेसह मायसेल्सची निर्मिती प्रमुख होते. हे पृष्ठभागावरील ताण विरुद्ध लॉग एकाग्रता वक्र (γ–लॉग c वक्र) मध्ये एक वळण बिंदू द्वारे दर्शविले जाते, तसेच द्रावणात आदर्श नसलेल्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांचा उदय होतो.

आयनिक सर्फॅक्टंट मायसेल्समध्ये जास्त पृष्ठभागाचे शुल्क असते. इलेक्ट्रोस्टॅटिक आकर्षणामुळे, काउंटरियन मायसेल पृष्ठभागाकडे आकर्षित होतात, ज्यामुळे सकारात्मक आणि नकारात्मक शुल्काचा काही भाग निष्क्रिय होतो. तथापि, एकदा मायसेल्स उच्च चार्ज केलेल्या संरचना तयार करतात, तेव्हा काउंटरियन्सद्वारे तयार होणाऱ्या आयनिक वातावरणाची रिटार्डिंग फोर्स लक्षणीयरीत्या वाढते - एक गुणधर्म ज्याचा वापर नॅनोपावडरची विखुरण्याची क्षमता समायोजित करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. या दोन कारणांमुळे, CMC च्या पलीकडे वाढत्या एकाग्रतेसह द्रावणाची समतुल्य चालकता वेगाने कमी होते, ज्यामुळे सर्फॅक्टंट्सची गंभीर मायसेल एकाग्रता निश्चित करण्यासाठी हा मुद्दा एक विश्वासार्ह पद्धत बनतो.

आयनिक सर्फॅक्टंट मायसेल्सची रचना सामान्यतः गोलाकार असते, ज्यामध्ये तीन भाग असतात: एक गाभा, एक कवच आणि एक पसरलेला विद्युत दुहेरी थर. गाभा द्रव हायड्रोकार्बन सारख्या हायड्रोफोबिक हायड्रोकार्बन साखळ्यांनी बनलेला असतो, ज्याचा व्यास अंदाजे 1 ते 2.8 nm असतो. ध्रुवीय डोक्याच्या गटांना लागून असलेल्या मिथिलीन गटांमध्ये (-CH₂-) आंशिक ध्रुवीयता असते, ज्यामुळे गाभाभोवती काही पाण्याचे रेणू टिकून राहतात. अशा प्रकारे, मायसेल्स गाभामध्येमोठ्या प्रमाणात अडकलेले पाणी, आणि हे -CH₂- गट द्रव-सारख्या हायड्रोकार्बन गाभ्यात पूर्णपणे एकत्रित होत नाहीत तर त्याऐवजी द्रव नसलेल्या मायसेल शेलचा भाग बनतात.

मायसेल कवचाला मायसेल-वॉटर इंटरफेस किंवा पृष्ठभागाचा टप्पा असेही म्हणतात. ते मायसेल आणि पाण्यामधील मॅक्रोस्कोपिक इंटरफेसचा संदर्भ देत नाही तर मायसेल आणि मोनोमेरिक जलीय सर्फॅक्टंट द्रावणातील प्रदेशाचा संदर्भ देते. आयनिक सर्फॅक्टंट मायसेलसाठी, कवच इलेक्ट्रिक डबल लेयरच्या सर्वात आतल्या स्टर्न लेयर (किंवा स्थिर शोषण थर) द्वारे तयार होते, ज्याची जाडी सुमारे 0.2 ते 0.3 एनएम असते. कवचामध्ये केवळ सर्फॅक्टंट्सचे आयनिक हेड गट आणि बाउंड काउंटरियनचा एक भागच नाही तर या आयनांच्या हायड्रेशनमुळे एक हायड्रेशन थर देखील असतो. मायसेल कवच एक गुळगुळीत पृष्ठभाग नसून एक "खडबडीत" इंटरफेस आहे, जो सर्फॅक्टंट मोनोमर रेणूंच्या थर्मल गतीमुळे होणाऱ्या चढउतारांचा परिणाम आहे.

नॉन-जलीय (तेल-आधारित) माध्यमांमध्ये, जिथे तेलाचे रेणू प्रामुख्याने असतात, सर्फॅक्टंट्सचे हायड्रोफिलिक गट आतल्या बाजूने एकत्रित होऊन ध्रुवीय गाभा तयार करतात, तर हायड्रोफोबिक हायड्रोकार्बन साखळ्या मायसेलच्या बाह्य कवचाची रचना करतात. या प्रकारच्या मायसेलची रचना पारंपारिक जलीय मायसेलच्या तुलनेत उलट असते आणि म्हणूनच त्याला रिव्हर्स मायसेल म्हणतात; याउलट, पाण्यात तयार होणाऱ्या मायसेलला सामान्य मायसेल म्हणतात. आकृती ४ नॉन-जलीय द्रावणांमध्ये सर्फॅक्टंट्सद्वारे तयार होणाऱ्या रिव्हर्स मायसेलचे एक योजनाबद्ध मॉडेल दर्शवते. अलिकडच्या वर्षांत, नॅनोस्केल ड्रग कॅरियर्सच्या संश्लेषण आणि तयारीमध्ये, विशेषतः हायड्रोफिलिक औषधांच्या एन्कॅप्सुलेशनसाठी, रिव्हर्स मायसेलचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात आहे.