Bevochtigend effect, vereiste: HLB: 7-9
Bevochtiging wordt gedefinieerd als het fenomeen waarbij het gas dat geadsorbeerd is op een vast oppervlak, wordt verdrongen door een vloeistof. Stoffen die dit verdringingsvermogen kunnen vergroten, worden bevochtigingsmiddelen genoemd. Bevochtiging wordt over het algemeen onderverdeeld in drie typen: contactbevochtiging (adhesieve bevochtiging), onderdompelingsbevochtiging (immersieve bevochtiging) en spreidingsbevochtiging (spreidingsbevochtiging). Spreidingsbevochtiging vertegenwoordigt de hoogste standaard van bevochtiging en de spreidingscoëfficiënt wordt vaak gebruikt als indicator om de bevochtigingsprestaties tussen verschillende systemen te evalueren. Daarnaast is de contacthoek ook een criterium voor het beoordelen van de kwaliteit van de bevochtiging. Oppervlakteactieve stoffen kunnen worden gebruikt om de mate van bevochtiging tussen vloeibare en vaste fasen te reguleren.
In de pesticidenindustrie bevatten sommige korrelvormige formuleringen en strooipoeders ook een bepaalde hoeveelheid oppervlakteactieve stoffen. Het doel hiervan is om de hechting en afzetting van het bestrijdingsmiddel op het doeloppervlak te verbeteren, de afgiftesnelheid te versnellen en het verspreidingsgebied van de actieve ingrediënten onder vochtige omstandigheden te vergroten, waardoor de effectiviteit van ziektepreventie en -bestrijding wordt verbeterd.
In de cosmetica-industrie fungeren oppervlakteactieve stoffen als emulgatoren en zijn ze onmisbare bestanddelen in huidverzorgingsproducten zoals crèmes, lotions, gezichtsreinigers en make-upremovers.
Micellen en oplosbaarheid,vereisten: C > CMC (HLB 13–18)
De minimale concentratie waarbij oppervlakteactieve moleculen zich samenvoegen tot micellen. Wanneer de concentratie de CMC-waarde overschrijdt, rangschikken de oppervlakteactieve moleculen zich in structuren zoals bolvormige, staafvormige, lamellaire of plaatvormige configuraties.
Oplossingssystemen zijn thermodynamische evenwichtssystemen. Hoe lager de CMC en hoe hoger de associatiegraad, hoe groter de maximale additiefconcentratie (MAC). Het effect van temperatuur op de oplossing komt tot uiting in drie aspecten: het beïnvloedt de micelvorming, de oplosbaarheid van opgeloste stoffen en de oplosbaarheid van de oppervlakteactieve stoffen zelf. Voor ionische oppervlakteactieve stoffen neemt de oplosbaarheid sterk toe met stijgende temperatuur, en de temperatuur waarbij deze abrupte toename optreedt, wordt het Krafft-punt genoemd. Hoe hoger het Krafft-punt, hoe lager de kritische micelconcentratie.
Bij niet-ionische oppervlakteactieve stoffen op basis van polyoxyethyleen neemt de oplosbaarheid sterk af wanneer de temperatuur tot een bepaald niveau stijgt, waardoor neerslag optreedt en de oplossing troebel wordt. Dit verschijnsel staat bekend als vertroebeling, en de bijbehorende temperatuur wordt het troebelingspunt genoemd. Voor oppervlakteactieve stoffen met dezelfde polyoxyethyleenketenlengte geldt dat hoe langer de koolwaterstofketen, hoe lager het troebelingspunt; omgekeerd geldt dat bij dezelfde koolwaterstofketenlengte hoe langer de polyoxyethyleenketen, hoe hoger het troebelingspunt.
Niet-polaire organische stoffen (bijvoorbeeld benzeen) hebben een zeer lage oplosbaarheid in water. Door toevoeging van oppervlakteactieve stoffen zoals natriumoleaat kan de oplosbaarheid van benzeen in water echter aanzienlijk worden verbeterd – een proces dat solubilisatie wordt genoemd. Solubilisatie verschilt van gewone oplossing: het opgeloste benzeen is niet gelijkmatig verdeeld in watermoleculen, maar opgesloten in de micellen die worden gevormd door oleaat-ionen. Röntgen diffractieonderzoek heeft bevestigd dat alle soorten micellen in verschillende mate uitzetten na solubilisatie, terwijl de colligatieve eigenschappen van de oplossing als geheel grotendeels onveranderd blijven.
Naarmate de concentratie van oppervlakteactieve stoffen in water toeneemt, hopen de moleculen zich op aan het vloeistofoppervlak en vormen een dicht opeengepakte, georiënteerde monomoleculaire laag. Overtollige moleculen in de bulkfase aggregeren met hun hydrofobe groepen naar binnen gericht, waardoor micellen ontstaan. De minimale concentratie die nodig is om micelvorming te initiëren, wordt gedefinieerd als de kritische micelconcentratie (CMC). Bij deze concentratie wijkt de oplossing af van ideaal gedrag en verschijnt een duidelijk buigpunt in de curve van oppervlaktespanning versus concentratie. Verdere verhoging van de concentratie van de oppervlakteactieve stof zal de oppervlaktespanning niet langer verlagen; integendeel, het zal de continue groei en vermenigvuldiging van micellen in de bulkfase bevorderen.
Wanneer oppervlakteactieve moleculen zich in een oplossing verspreiden en een bepaalde concentratiedrempel bereiken, associëren ze zich van individuele monomeren (ionen of moleculen) tot colloïdale aggregaten die micellen worden genoemd. Deze overgang veroorzaakt abrupte veranderingen in de fysische en chemische eigenschappen van de oplossing, en de concentratie waarbij dit gebeurt, is de CMC (kritische micelconcentratie). Het proces van micelvorming wordt micellisatie genoemd.
De vorming van micellen in waterige oppervlakteactieve oplossingen is een concentratieafhankelijk proces. In extreem verdunde oplossingen staan water en lucht vrijwel in direct contact, waardoor de oppervlaktespanning slechts licht daalt en dicht bij die van zuiver water blijft, met zeer weinig oppervlakteactieve moleculen verspreid in de bulkfase. Naarmate de concentratie van de oppervlakteactieve stof matig toeneemt, adsorberen de moleculen snel aan het wateroppervlak, waardoor het contactoppervlak tussen water en lucht afneemt en de oppervlaktespanning sterk daalt. Tegelijkertijd aggregeren sommige oppervlakteactieve moleculen in de bulkfase, waarbij hun hydrofobe groepen zich uitlijnen, en vormen zo kleine micellen.
Naarmate de concentratie verder stijgt en de oplossing verzadigde adsorptie bereikt, vormt zich een dichtgepakte monomoleculaire film op het vloeistofoppervlak. Wanneer de concentratie de CMC bereikt, daalt de oppervlaktespanning van de oplossing tot zijn minimumwaarde. Voorbij de CMC heeft een verdere verhoging van de surfactantconcentratie nauwelijks invloed op de oppervlaktespanning; in plaats daarvan neemt het aantal en de grootte van de micellen in de bulkfase toe. De oplossing wordt dan gedomineerd door micellen, die fungeren als microreactoren bij de synthese van nanopoeders. Bij een verdere concentratieverhoging gaat het systeem geleidelijk over in een vloeibaar-kristallijne toestand.
Wanneer de concentratie van een waterige oppervlakteactieve oplossing de CMC bereikt, wordt de vorming van micellen prominent bij toenemende concentratie. Dit wordt gekenmerkt door een buigpunt in de curve van oppervlaktespanning versus logaritme van de concentratie (γ–log c-curve), samen met het ontstaan van niet-ideale fysische en chemische eigenschappen in de oplossing.
Ionische oppervlakteactieve micellen hebben een hoge oppervlaktelading. Door elektrostatische aantrekking worden tegenionen naar het miceloppervlak getrokken, waardoor een deel van de positieve en negatieve ladingen wordt geneutraliseerd. Zodra de micellen echter sterk geladen structuren vormen, neemt de remmende kracht van de ionische atmosfeer die door de tegenionen wordt gevormd aanzienlijk toe – een eigenschap die kan worden benut om de dispergeerbaarheid van nanopoeders aan te passen. Om deze twee redenen neemt de equivalente geleidbaarheid van de oplossing snel af met toenemende concentratie boven de CMC, waardoor dit punt een betrouwbare methode is om de kritische micelconcentratie van oppervlakteactieve stoffen te bepalen.
De structuur van ionische oppervlakteactieve micellen is typisch bolvormig en bestaat uit drie delen: een kern, een schil en een diffuse elektrische dubbellaag. De kern is opgebouwd uit hydrofobe koolwaterstofketens, vergelijkbaar met vloeibare koolwaterstoffen, met een diameter van ongeveer 1 tot 2,8 nm. De methyleengroepen (-CH₂-) naast de polaire kopgroepen bezitten gedeeltelijke polariteit, waardoor enkele watermoleculen rond de kern worden vastgehouden. De micelkern bevat duseen aanzienlijke hoeveelheid ingesloten water, en deze -CH₂- groepen zijn niet volledig geïntegreerd in de vloeistofachtige koolwaterstofkern, maar vormen in plaats daarvan een deel van de niet-vloeibare micelschil.
De micelschil wordt ook wel de micel-waterinterface of de oppervlaktefase genoemd. Het verwijst niet naar de macroscopische interface tussen micellen en water, maar naar het gebied tussen micellen en de monomere waterige surfactantoplossing. Bij ionische surfactantmicellen wordt de schil gevormd door de binnenste Stern-laag (of vaste adsorptielaag) van de elektrische dubbellaag, met een dikte van ongeveer 0,2 tot 0,3 nm. De schil bevat niet alleen de ionische kopgroepen van de surfactanten en een deel van de gebonden tegenionen, maar ook een hydratatielaag als gevolg van de hydratatie van deze ionen. De micelschil is geen glad oppervlak, maar eerder een "ruw" grensvlak, een gevolg van fluctuaties veroorzaakt door de thermische beweging van de surfactantmonomeermoleculen.
In niet-waterige (op olie gebaseerde) media, waar oliemoleculen overheersen, aggregeren de hydrofiele groepen van oppervlakteactieve stoffen naar binnen om een polaire kern te vormen, terwijl de hydrofobe koolwaterstofketens de buitenste schil van de micel vormen. Dit type micel heeft een omgekeerde structuur vergeleken met conventionele waterige micellen en wordt daarom een omgekeerde micel genoemd; micellen die in water worden gevormd, worden daarentegen normale micellen genoemd. Figuur 4 toont een schematisch model van omgekeerde micellen gevormd door oppervlakteactieve stoffen in niet-waterige oplossingen. De laatste jaren worden omgekeerde micellen veelvuldig gebruikt bij de synthese en bereiding van nanodeeltjes voor geneesmiddelen, met name voor de inkapseling van hydrofiele geneesmiddelen.
Geplaatst op: 26 december 2025