Fukteffekt, krav: HLB: 7–9
Fukting er definert som fenomenet der gassen som er adsorbert på en fast overflate fortrenges av en væske. Stoffer som kan forbedre denne fortrengningskapasiteten kalles fuktemidler. Fukting er vanligvis kategorisert i tre typer: kontaktfukting (heftfukting), nedsenkingsfukting (nedsenkingsfukting) og spredningsfukting (spredning). Blant disse representerer spredning den høyeste standarden for fukting, og spredningskoeffisienten brukes ofte som en indikator for å evaluere fukteytelsen mellom forskjellige systemer. I tillegg er kontaktvinkelen også et kriterium for å bedømme kvaliteten på fuktingen. Surfaktanter kan brukes til å kontrollere graden av fukting mellom flytende og faste faser.
I plantevernmiddelindustrien inneholder noen granulære formuleringer og støvpulver også en viss mengde overflateaktive stoffer. Formålet med dem er å forbedre adhesjonen og avsetningsmengden av plantevernmiddelet på måloverflaten, akselerere frigjøringshastigheten og utvide spredningsområdet til de aktive ingrediensene under fuktige forhold, og dermed forbedre effekten av sykdomsforebygging og -behandling.
I kosmetikkindustrien fungerer overflateaktive stoffer som emulgatorer og er uunnværlige komponenter i hudpleieprodukter som kremer, lotioner, ansiktsrensemidler og sminkefjernere.
Miceller og oppløselighet,krav: C > CMC (HLB 13–18)
Minimumskonsentrasjonen der overflateaktive molekyler assosieres for å danne miceller. Når konsentrasjonen overstiger CMC-verdien, arrangerer overflateaktive molekyler seg i strukturer som sfæriske, stavlignende, lamellære eller platelignende konfigurasjoner.
Løselighetssystemer er termodynamiske likevektssystemer. Jo lavere CMC og jo høyere assosiasjonsgrad, desto større er den maksimale additive konsentrasjonen (MAC). Effekten av temperatur på løselighet gjenspeiles i tre aspekter: den påvirker micelledannelse, løseligheten av løselige stoffer og løseligheten av overflateaktive stoffer i seg selv. For ioniske overflateaktive stoffer øker løseligheten kraftig med stigende temperatur, og temperaturen der denne brå økningen skjer kalles Krafft-punktet. Jo høyere Krafft-punktet er, desto lavere er den kritiske micellekonsentrasjonen.
For ikke-ioniske polyoksyetylen-overflateaktive stoffer, når temperaturen stiger til et visst nivå, synker løseligheten kraftig, og det oppstår utfelling, noe som fører til at løsningen blir uklar. Dette fenomenet er kjent som uklarhet, og den tilsvarende temperaturen kalles uklarhetspunktet. For overflateaktive stoffer med samme polyoksyetylenkjedelengde, jo lengre hydrokarbonkjeden er, desto lavere er uklarhetspunktet; omvendt, med samme hydrokarbonkjedelengde, jo lengre polyoksyetylenkjeden er, desto høyere er uklarhetspunktet.
Ikke-polare organiske stoffer (f.eks. benzen) har svært lav løselighet i vann. Tilsetning av overflateaktive stoffer som natriumoleat kan imidlertid øke løseligheten til benzen i vann betydelig – en prosess som kalles oppløselighet. Oppløselighet er forskjellig fra vanlig oppløsning: den oppløselige benzenen er ikke jevnt dispergert i vannmolekyler, men fanget i micellene dannet av oleationer. Røntgendiffraksjonsstudier har bekreftet at alle typer miceller ekspanderer i varierende grad etter oppløselighet, mens de kolligative egenskapene til den totale løsningen forblir stort sett uendret.
Etter hvert som konsentrasjonen av overflateaktive stoffer i vann øker, akkumuleres overflateaktive molekyler på væskeoverflaten og danner et tettpakket, orientert monomolekylært lag. Overskytende molekyler i bulkfasen aggregerer med sine hydrofobe grupper vendt innover og danner miceller. Minimumskonsentrasjonen som kreves for å starte micelledannelse er definert som den kritiske micellekonsentrasjonen (CMC). Ved denne konsentrasjonen avviker løsningen fra ideell oppførsel, og et tydelig vendepunkt vises på overflatespenning vs. konsentrasjonskurven. Ytterligere økning av overflateaktivt stoffkonsentrasjon vil ikke lenger redusere overflatespenningen; i stedet vil det fremme kontinuerlig vekst og multiplikasjon av miceller i bulkfasen.
Når overflateaktive molekyler dispergeres i en løsning og når en spesifikk konsentrasjonsterskel, assosieres de fra individuelle monomerer (ioner eller molekyler) til kolloidale aggregater kalt miceller. Denne overgangen utløser brå endringer i løsningens fysiske og kjemiske egenskaper, og konsentrasjonen der dette skjer er CMC. Prosessen med micelldannelse kalles micellisering.
Dannelsen av miceller i vandige overflateaktive løsninger er en konsentrasjonsavhengig prosess. I ekstremt fortynnede løsninger er vann og luft nesten i direkte kontakt, så overflatespenningen avtar bare litt og forblir nær den for rent vann, med svært få overflateaktive molekyler dispergert i bulkfasen. Når konsentrasjonen av overflateaktivt middel øker moderat, adsorberes molekylene raskt på vannoverflaten, noe som reduserer kontaktarealet mellom vann og luft og forårsaker et kraftig fall i overflatespenning. Samtidig aggregerer noen overflateaktive molekyler i bulkfasen med sine hydrofobe grupper justert og danner små miceller.
Etter hvert som konsentrasjonen fortsetter å stige og løsningen når metningsadsorpsjon, dannes det en tettpakket monomolekylær film på væskeoverflaten. Når konsentrasjonen treffer CMC, når overflatespenningen til løsningen sin minimumsverdi. Utover CMC påvirker ytterligere økning av konsentrasjonen av overflateaktivt middel knapt overflatespenningen; i stedet øker den antallet og størrelsen på miceller i bulkfasen. Løsningen domineres deretter av miceller, som fungerer som mikroreaktorer i syntesen av nanopulver. Med fortsatt konsentrasjonsøkning overgår systemet gradvis til en flytende krystallinsk tilstand.
Når konsentrasjonen av en vandig overflateaktiv løsning når CMC, blir dannelsen av miceller fremtredende med økende konsentrasjon. Dette kjennetegnes av et vendepunkt i overflatespenning vs. log-konsentrasjonskurven (γ–log c-kurven), sammen med fremveksten av ikke-ideelle fysiske og kjemiske egenskaper i løsningen.
Ioniske overflateaktive miceller har høye overflateladninger. På grunn av elektrostatisk tiltrekning tiltrekkes motioner av micellens overflate, og nøytraliserer deler av de positive og negative ladningene. Når micellene danner høyt ladede strukturer, øker imidlertid den retarderende kraften til den ioniske atmosfæren som dannes av motionene betydelig – en egenskap som kan utnyttes for å justere dispergerbarheten til nanopulver. Av disse to grunnene avtar løsningens ekvivalente konduktivitet raskt med økende konsentrasjon utover CMC, noe som gjør dette punktet til en pålitelig metode for å bestemme den kritiske micellekonsentrasjonen av overflateaktive stoffer.
Strukturen til ioniske overflateaktive miceller er vanligvis sfærisk, bestående av tre deler: en kjerne, et skall og et diffust elektrisk dobbeltlag. Kjernen er sammensatt av hydrofobe hydrokarbonkjeder, lik flytende hydrokarboner, med en diameter fra omtrent 1 til 2,8 nm. Metylengruppene (-CH₂-) ved siden av de polare hodegruppene har delvis polaritet, og holder tilbake noen vannmolekyler rundt kjernen. Dermed inneholder micellekjernenen betydelig mengde fanget vann, og disse -CH₂--gruppene er ikke fullstendig integrert i den væskelignende hydrokarbonkjernen, men danner i stedet en del av det ikke-flytende micelleskallet.
Micelleskallet er også kjent som micelle-vann-grensesnittet eller overflatefasen. Det refererer ikke til det makroskopiske grensesnittet mellom miceller og vann, men snarere området mellom miceller og den monomere vandige overflateaktive løsningen. For ioniske overflateaktive miceller dannes skallet av det innerste Stern-laget (eller det faste adsorpsjonslaget) av det elektriske dobbeltlaget, med en tykkelse på omtrent 0,2 til 0,3 nm. Skallet inneholder ikke bare de ioniske hodegruppene til overflateaktive stoffer og en del av bundne motioner, men også et hydreringslag på grunn av hydreringen av disse ionene. Micelleskallet er ikke en glatt overflate, men snarere et "grovt" grensesnitt, et resultat av svingninger forårsaket av termisk bevegelse av overflateaktive monomermolekyler.
I ikke-vandige (oljebaserte) medier, hvor oljemolekyler dominerer, aggregerer de hydrofile gruppene av overflateaktive stoffer innover for å danne en polar kjerne, mens de hydrofobe hydrokarbonkjedene danner det ytre skallet av micellen. Denne typen micelle har en reversert struktur sammenlignet med konvensjonelle vandige miceller og kalles derfor en revers micelle; derimot kalles miceller dannet i vann normale miceller. Figur 4 viser en skjematisk modell av revers miceller dannet av overflateaktive stoffer i ikke-vandige løsninger. I de senere år har revers miceller blitt mye brukt i syntesen og fremstillingen av nanoskala legemiddelbærere, spesielt for innkapsling av hydrofile legemidler.
Publiseringstid: 26. desember 2025