एकाच लेखात उभयधर्मी सर्फॅक्टंट्स समजून घेणे—अमीनो आम्ल प्रकार आणि बीटाईन प्रकार

अँफोटेरिक सर्फॅक्टंट्स हे असे सर्फॅक्टंट्स आहेत ज्यात एकाच रेणूमध्ये ॲनायनिक हायड्रोफिलिक गट आणि कॅटायनिक हायड्रोफिलिक गट दोन्ही असतात. त्यांचे सर्वात महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे ते प्रोटॉन दान करू शकतात आणि स्वीकारू शकतात. वापरादरम्यान त्यांची खालील वैशिष्ट्ये असतात: अँफोटेरिक सर्फॅक्टंट्स सामान्यतः धुणे, विखुरणे, इमल्सिफाय करणे, निर्जंतुक करणे, तंतू मऊ करणे आणि अँटीस्टॅटिकमध्ये चांगली कामगिरी करतात आणि फॅब्रिक फिनिशिंग सहाय्यक, रंगाई सहाय्यक, कॅल्शियम सोप डिस्पर्संट्स, ड्राय-क्लीनिंग सर्फॅक्टंट्स आणि धातू गंज प्रतिबंधक इत्यादी म्हणून वापरले जाऊ शकतात. त्यांच्यामध्ये कापडासाठी उत्कृष्ट मऊपणा, गुळगुळीतपणा आणि अँटीस्टॅटिक गुणधर्म; काही प्रमाणात जीवाणूनाशक आणि बुरशी प्रतिबंधक गुणधर्म; आणि चांगले इमल्सिफायिंग आणि विखुरण्याचे गुणधर्म असतात. तथापि, हा सर्फॅक्टंटचा प्रकार तुलनेने महाग असतो आणि त्याच्या वापराची वास्तविक व्याप्ती इतर प्रकारच्या सर्फॅक्टंट्सपेक्षा कमी असते. हा एक सौम्य सर्फॅक्टंट आहे. एकल ॲनायोनिक किंवा कॅटायोनिक सर्फॅक्टंट्सच्या विपरीत, ॲम्फोटेरिक सर्फॅक्टंटच्या रेणूंमध्ये रेणूच्या एका टोकाला आम्लधर्मी आणि क्षारधर्मी दोन्ही गट असतात. आम्लधर्मी गट बहुतेकदा कार्बोक्झिल, सल्फोनिक ॲसिड किंवा फॉस्फेट गट असतात, तर क्षारधर्मी गट अमिनो किंवा क्वाटरनरी अमोनियम गट असतात. त्यांना ॲनायोनिक आणि नॉन-ॲनिओनिक सर्फॅक्टंट्ससोबत मिसळता येते आणि ते आम्ल, अल्कली, क्षार आणि अल्कलाइन अर्थ धातूंच्या क्षारांना प्रतिरोधक असतात.

सध्या, सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या संश्लेषित उभयधर्मी सर्फॅक्टंट्समध्ये ॲनायनिक घटक म्हणून बहुतेकदा कार्बोक्झिलेट गट असतात, तर काहींमध्ये सल्फोनेट गट असतात; त्यांचे कॅटायनिक घटक बहुतेकदा अमाइन क्षार किंवा क्वाटरनरी अमोनियम क्षार असतात. ज्यांमध्ये कॅटायनिक घटक म्हणून अमाइन क्षार असतात, त्यांना अमिनो ॲसिड प्रकार म्हणतात; ज्यांमध्ये कॅटायनिक घटक म्हणून क्वाटरनरी अमोनियम क्षार असतात, त्यांना बेटाइन प्रकार म्हणतात.

1. अमिनो आम्ल प्रकार

अमिनो आम्ल-प्रकारच्या उभयधर्मी सर्फॅक्टंटचे जलीय द्रावण अल्कधर्मी असते. ढवळत असताना हळूहळू हायड्रोक्लोरिक आम्ल टाकल्यावर, द्रावण उदासीन होईपर्यंत कोणताही बदल होत नाही. जेव्हा द्रावण किंचित आम्लधर्मी होते, तेव्हा अवक्षेप तयार होतो. द्रावण तीव्र आम्लधर्मी करण्यासाठी अधिक हायड्रोक्लोरिक आम्ल टाकल्यास, अवक्षेप पुन्हा विरघळतो. यावरून असे दिसून येते की, ते अल्कधर्मी वातावरणात ॲनायनिक सर्फॅक्टंट म्हणून आणि आम्लधर्मी वातावरणात कॅटायनिक सर्फॅक्टंट म्हणून कार्य करते. तथापि, जेव्हा आयसोइलेक्ट्रिक बिंदूवर कॅटायनिक आणि ॲनायनिक गुणधर्म तंतोतंत संतुलित होतात, तेव्हा जलस्नेहता कमी होते, ज्यामुळे अवक्षेप तयार होतो. रेणूमधील ॲनायन हा कार्बोक्सिल गट असतो आणि कॅटायन हा अमोनियम क्षार असतो. या प्रकारचे सर्फॅक्टंट माध्यमाच्या pH मधील बदलांनुसार वेगवेगळी पृष्ठ क्रियाशीलता दर्शवतात. उदाहरणार्थ, डोडेसिलअमिनोप्रोपियोनिक आम्ल (C12H25N+H2CH2CH2COO-) सोडियम हायड्रॉक्साईड माध्यमात सोडियम डोडेसिलअमिनोप्रोपियोनेट (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) मध्ये रूपांतरित होऊ शकते, जे पाण्यात विरघळणारे ॲनायनिक सर्फॅक्टंट म्हणून कार्य करते. हायड्रोक्लोरिक आम्ल माध्यमात, ते डोडेसिलअमिनोप्रोपियोनिक आम्लाच्या हायड्रोक्लोराईड क्षारात [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-] रूपांतरित होऊ शकते, जे पाण्यात विरघळणारे कॅटायनिक सर्फॅक्टंट म्हणून कार्य करते. जर माध्यमाचा pH अशा प्रकारे समायोजित केला की धन आणि ऋण प्रभार तंतोतंत संतुलित होतील, तर ते एका आंतरिक क्षारात (C12H25N+H2CH2CH2COO-) रूपांतरित होते, जो पाण्यात कमी विरघळतो आणि अवक्षेपित होतो. या बिंदूवरील pH ला आयसोइलेक्ट्रिक बिंदू म्हणतात. अमिनो आम्ल-प्रकारच्या उभयधर्मी सर्फॅक्टंट्सचा प्रभाव पूर्णपणे साधण्यासाठी, त्यांचा वापर आयसोइलेक्ट्रिक बिंदूपासून विचलित होणाऱ्या pH असलेल्या जलीय द्रावणांमध्ये करणे आवश्यक आहे. अमिनो आम्ल-प्रकारच्या उभयधर्मी सर्फॅक्टंट्सच्या निर्मितीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या सामान्य कच्च्या मालामध्ये उच्च अ‍ॅलिफॅटिक प्राथमिक अमाईन्स, मिथाइल अ‍ॅक्रिलेट (अ‍ॅक्रिलेट एस्टर्स पहा), अ‍ॅक्रिलोनायट्राइल आणि क्लोरोअ‍ॅसिटिक आम्ल यांचा समावेश होतो.

1. Bएटेन प्रकार

बेटाइन-प्रकारच्या उभयधर्मी सर्फॅक्टंट्सचे सर्वात मोठे वैशिष्ट्य म्हणजे ते आम्लधर्मी, उदासीन किंवा अल्कधर्मी अशा कोणत्याही जलीय द्रावणात विरघळतात. ते आयसोइलेक्ट्रिक बिंदूवरसुद्धा अवक्षेपित होत नाहीत. याव्यतिरिक्त, त्यांच्यामध्ये पारगम्यता, स्वच्छताक्षमता आणि अँटीस्टॅटिक कार्यक्षमता यांसारखे चांगले गुणधर्मही आहेत. त्यामुळे, ते उत्तम इमल्सिफायर आणि सॉफ्टनर आहेत.

कार्बोक्सीबेटाइन

रेणूमधील ॲनायन हा कार्बोक्सिल गट असतो आणि कॅटायन हा क्वाटरनरी अमोनियम गट असतो. उदाहरणार्थ, अल्काइल डायमिथाइल बेटाइन [RN+(CH3)2CH2COO-], ज्यामध्ये अल्काइल गट R मध्ये १२ ते १८ कार्बन अणू असतात. अमिनो ॲसिड प्रकारांच्या तुलनेत, बेटाइन प्रकार आम्लधर्मी, उदासीन किंवा अल्कधर्मी माध्यमांमध्ये पाण्यात विरघळू शकतात आणि आयसोइलेक्ट्रिक बिंदूवर देखील अवक्षेपित होत नाहीत, त्यामुळे ते कोणत्याही pH असलेल्या जलीय द्रावणांमध्ये वापरले जाऊ शकतात. आम्लधर्मी माध्यमांमध्ये, जेव्हा आयसोइलेक्ट्रिक बिंदूचा pH कमी असतो, तेव्हा ते पाण्यात विरघळणाऱ्या कॅटायनिक सर्फॅक्टंट [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-] प्रमाणे कार्य करते; उदासीन किंवा अल्कधर्मी माध्यमांमध्ये, म्हणजेच, जेव्हा pH आयसोइलेक्ट्रिक बिंदूच्या समान किंवा त्यापेक्षा जास्त असतो, तेव्हा ते पाण्यात विरघळणाऱ्या ॲम्फोटेरिक सर्फॅक्टंट प्रमाणे कार्य करते आणि ॲनायनिक सर्फॅक्टंट प्रमाणे कार्य करत नाही. उभयधर्मी सर्फॅक्टंट्स केवळ आम्लधर्मी माध्यमातच ॲनायोनिक सर्फॅक्टंट्ससोबत अवक्षेप तयार करतात. त्यांचा वापर विविध pH मूल्यांच्या माध्यमांमध्ये कोणत्याही प्रकारच्या सर्फॅक्टंटसोबत एकत्रितपणे केला जाऊ शकतो. बेटाइन-प्रकारचे उभयधर्मी सर्फॅक्टंट्स तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या सामान्य कच्च्या मालामध्ये अल्काइल डायमिथाइल टर्शियरी अमाईन्स आणि सोडियम क्लोरोॲसिटेट इत्यादींचा समावेश होतो.

सल्फोबेटाइन

रेणूमधील ॲनायनिक गट हा सल्फो गट (SO3-) आहे आणि कॅटायनिक गट हा क्वाटरनरी अमोनियम गट आहे. सामान्यतः वापरले जाणारे प्रकार म्हणजे अल्काइल डायमिथाइल सल्फोनेथाइल बेटाइन्स [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] आणि अल्काइल डायमिथाइल सल्फोप्रोपाइल बेटाइन्स [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]. सूत्रांमधील अल्काइल गट R मधील कार्बन अणूंची संख्या १२ ते १८ पर्यंत असते. सल्फोबेटाइन्समध्ये सर्वसमावेशक गुणधर्म असतात; त्यांच्यामध्ये केवळ सामान्य बेटाइन्सचे सर्व फायदेच नसतात, तर आम्ल, अल्कली आणि क्षारांच्या उच्च सांद्रतेला प्रतिकार करण्यासारखे अद्वितीय फायदेही असतात. सध्या, सल्फोप्रोपाइल बेटाइन्सच्या जागी हायड्रॉक्सी सल्फोप्रोपाइल [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] वापरले जाते, कारण सल्फोप्रोपाइल बेटाइन्सच्या उत्पादनादरम्यान मानवी शरीरासाठी हानिकारक पदार्थ तयार होतात. त्यांच्या संरचनेत हायड्रॉक्सिल गटांसह ॲनायनिक आणि कॅटायनिक दोन्ही गटांच्या उपस्थितीमुळे, त्यांच्यामध्ये केवळ ॲम्फोटेरिक सर्फॅक्टंट्सचे सर्व फायदेच नाहीत, तर ते आम्ल, अल्कली आणि क्षारांच्या उच्च सांद्रतेला प्रतिकार, चांगले इमल्सिफायिंग, डिस्पर्सिंग आणि अँटीस्टॅटिक गुणधर्म, तसेच जीवाणुनाशक, बुरशीनाशक आणि व्हिस्कोइलास्टिक गुणधर्म देखील दर्शवतात. ते उत्कृष्ट सर्वांगीण कामगिरी असलेले सर्फॅक्टंट्स आहेत आणि दैनंदिन रसायने, तेलक्षेत्रातील तेल विस्थापन, फ्रॅक्चरिंग आणि ॲसिडायझिंग यांसारख्या विविध क्षेत्रांमध्ये त्यांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला गेला आहे.

फॉस्फोलिपिड बीटाइन

रेणूमधील ॲनायनिक गट हा फॉस्फेट गट (HPO4-) आहे आणि कॅटायनिक गट हा क्वाटरनरी अमोनियम गट आहे. उदाहरणार्थ, अल्काइल डायमिथाइल हायड्रॉक्सीप्रोपाइल फॉस्फेट बेटाइन [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], जिथे अल्काइल गट R मध्ये १२ ते १८ कार्बन अणू असतात. या रचनेमुळे हे निश्चित होते की, यात केवळ ॲम्फोटेरिक सर्फॅक्टंट्सचे उत्कृष्ट गुणधर्म जसे की ओलेपणा, स्वच्छता, विद्राव्यता, पायसीकरण आणि विखुरण्याचे गुणधर्म, अँटीस्टॅटिक गुणधर्म, औष्णिक स्थिरता, तसेच चांगली सुसंगतता, कमी दाह आणि सामान्य ॲनायनिक सर्फॅक्टंट्सच्या तुलनेत उत्तम अल्कली प्रतिरोध, इलेक्ट्रोलाइट प्रतिरोध आणि अँटीस्टॅटिक गुणधर्म यांसारखे फायदेच नाहीत, तर यात कॅल्शियम साबणाची मजबूत विखुरण्याची क्षमता, कमी पृष्ठताण आणि उत्कृष्ट फेस येण्याची क्षमता देखील आहे.