Efekt zwilżania, wymagania: HLB: 7-9
Zwilżanie definiuje się jako zjawisko, w którym gaz zaadsorbowany na powierzchni ciała stałego jest wypierany przez ciecz. Substancje, które mogą zwiększyć tę zdolność wypierania, nazywane są środkami zwilżającymi. Zwilżanie dzieli się na trzy typy: zwilżanie kontaktowe (zwilżanie adhezyjne), zwilżanie zanurzeniowe (zwilżanie immersyjne) oraz zwilżanie rozprowadzające (rozprowadzające). Spośród nich rozprowadzanie reprezentuje najwyższy standard zwilżania, a współczynnik rozprowadzania jest często wykorzystywany jako wskaźnik do oceny wydajności zwilżania między różnymi układami. Ponadto kąt zwilżania jest również kryterium oceny jakości zwilżania. Surfaktanty mogą być stosowane do kontrolowania stopnia zwilżania między fazą ciekłą a fazą stałą.
W przemyśle pestycydów niektóre preparaty granulowane i proszki do rozpylania zawierają również pewną ilość surfaktantów. Ich celem jest poprawa przyczepności i ilości osadzania się pestycydu na powierzchni docelowej, przyspieszenie uwalniania i zwiększenie obszaru rozprzestrzeniania się substancji czynnych w wilgotnych warunkach, zwiększając w ten sposób skuteczność zapobiegania i leczenia chorób.
W przemyśle kosmetycznym surfaktanty pełnią funkcję emulgatorów i są niezbędnymi składnikami produktów do pielęgnacji skóry, takich jak kremy, balsamy, środki do mycia twarzy i środki do demakijażu.
Micele i solubilizacja,wymagania: C > CMC (HLB 13–18)
Minimalne stężenie, przy którym cząsteczki surfaktantu łączą się, tworząc micele. Gdy stężenie przekracza wartość CMC, cząsteczki surfaktantu układają się w struktury takie jak konfiguracje kuliste, pręcikowate, blaszkowe lub płytkowe.
Układy solubilizacji są układami równowagi termodynamicznej. Im niższy CMC i wyższy stopień asocjacji, tym wyższe maksymalne stężenie addytywne (MAC). Wpływ temperatury na solubilizację przejawia się w trzech aspektach: wpływa na tworzenie miceli, rozpuszczalność solubilizatorów oraz rozpuszczalność samych surfaktantów. W przypadku surfaktantów jonowych rozpuszczalność gwałtownie rośnie wraz ze wzrostem temperatury, a temperatura, w której następuje ten gwałtowny wzrost, nazywana jest punktem Kraffta. Im wyższy punkt Kraffta, tym niższe krytyczne stężenie miceli.
W przypadku polioksyetylenowych surfaktantów niejonowych, gdy temperatura wzrośnie do pewnego poziomu, ich rozpuszczalność gwałtownie spada i następuje wytrącanie, powodując mętnienie roztworu. Zjawisko to nazywane jest zmętnieniem, a odpowiadająca mu temperatura nazywana jest temperaturą zmętnienia. W przypadku surfaktantów o tej samej długości łańcucha polioksyetylenowego, im dłuższy łańcuch węglowodorowy, tym niższa temperatura zmętnienia; i odwrotnie, przy tej samej długości łańcucha węglowodorowego, im dłuższy łańcuch polioksyetylenowy, tym wyższa temperatura zmętnienia.
Niepolarne substancje organiczne (np. benzen) charakteryzują się bardzo słabą rozpuszczalnością w wodzie. Jednak dodanie surfaktantów, takich jak oleinian sodu, może znacznie zwiększyć rozpuszczalność benzenu w wodzie – proces ten nazywa się solubilizacją. Solubilizacja różni się od zwykłego rozpuszczania: rozpuszczony benzen nie jest równomiernie rozproszony w cząsteczkach wody, lecz uwięziony w micelach utworzonych przez jony oleinianowe. Badania dyfrakcji rentgenowskiej potwierdziły, że wszystkie rodzaje miceli rozszerzają się w różnym stopniu po solubilizacji, podczas gdy właściwości koligatywne całego roztworu pozostają w dużej mierze niezmienione.
Wraz ze wzrostem stężenia surfaktantów w wodzie, ich cząsteczki gromadzą się na powierzchni cieczy, tworząc ściśle upakowaną, zorientowaną warstwę monomolekularną. Nadmiar cząsteczek w fazie objętościowej agreguje, kierując grupy hydrofobowe do wewnątrz, tworząc micele. Minimalne stężenie wymagane do zainicjowania tworzenia miceli jest definiowane jako krytyczne stężenie miceli (CMC). Przy tym stężeniu roztwór odbiega od idealnego zachowania, a na krzywej napięcia powierzchniowego w funkcji stężenia pojawia się wyraźny punkt przegięcia. Dalsze zwiększanie stężenia surfaktantu nie będzie już obniżać napięcia powierzchniowego, lecz będzie sprzyjać ciągłemu wzrostowi i namnażaniu się miceli w fazie objętościowej.
Gdy cząsteczki surfaktantów rozpraszają się w roztworze i osiągają określony próg stężenia, łączą się z pojedynczych monomerów (jonów lub cząsteczek) w agregaty koloidalne zwane micelami. To przejście powoduje gwałtowne zmiany właściwości fizycznych i chemicznych roztworu, a stężenie, przy którym to następuje, to CMC. Proces tworzenia miceli nazywa się micelizacją.
Tworzenie się miceli w wodnych roztworach surfaktantów jest procesem zależnym od stężenia. W skrajnie rozcieńczonych roztworach woda i powietrze stykają się niemal bezpośrednio, więc napięcie powierzchniowe spada jedynie nieznacznie, pozostając zbliżone do napięcia czystej wody, przy czym w fazie objętościowej rozproszonych jest bardzo niewiele cząsteczek surfaktantów. Wraz ze wzrostem stężenia surfaktantu, cząsteczki szybko adsorbują się na powierzchni wody, zmniejszając powierzchnię kontaktu wody z powietrzem i powodując gwałtowny spadek napięcia powierzchniowego. Jednocześnie niektóre cząsteczki surfaktantów w fazie objętościowej łączą się, ustawiając swoje grupy hydrofobowe w linii, tworząc małe micele.
W miarę jak stężenie rośnie, a roztwór osiąga stan nasycenia, na powierzchni cieczy tworzy się gęsto upakowany film monomolekularny. Gdy stężenie osiąga CMC, napięcie powierzchniowe roztworu osiąga wartość minimalną. Po przekroczeniu CMC, dalsze zwiększanie stężenia surfaktantu ma niewielki wpływ na napięcie powierzchniowe; zamiast tego zwiększa liczbę i rozmiar miceli w fazie objętościowej. W roztworze dominują wówczas micele, które pełnią funkcję mikroreaktorów w syntezie nanoproszków. Wraz ze wzrostem stężenia, układ stopniowo przechodzi w stan ciekłokrystaliczny.
Gdy stężenie wodnego roztworu surfaktantu osiągnie CMC, tworzenie miceli staje się widoczne wraz ze wzrostem stężenia. Charakteryzuje się to punktem przegięcia na krzywej napięcia powierzchniowego w funkcji logarytmu stężenia (krzywa γ–log c), wraz z pojawieniem się nieidealnych właściwości fizycznych i chemicznych w roztworze.
Micele surfaktantów jonowych mają wysokie ładunki powierzchniowe. Ze względu na przyciąganie elektrostatyczne, przeciwjony są przyciągane do powierzchni miceli, neutralizując część ładunków dodatnich i ujemnych. Jednak gdy micele tworzą struktury o wysokim ładunku, siła opóźniająca atmosfery jonowej utworzonej przez przeciwjony znacznie wzrasta – właściwość ta może być wykorzystana do regulacji dyspersji nanoproszków. Z tych dwóch powodów przewodność równoważna roztworu gwałtownie spada wraz ze wzrostem stężenia powyżej CMC, co czyni ten punkt wiarygodną metodą określania krytycznego stężenia micelarnego surfaktantów.
Struktura miceli surfaktantów jonowych jest zazwyczaj kulista i składa się z trzech części: rdzenia, powłoki i dyfuzyjnej elektrycznej warstwy podwójnej. Rdzeń składa się z hydrofobowych łańcuchów węglowodorowych, podobnych do ciekłych węglowodorów, o średnicy od około 1 do 2,8 nm. Grupy metylenowe (-CH₂-) sąsiadujące z polarnymi grupami główkowymi posiadają częściową polarność, zatrzymując niektóre cząsteczki wody wokół rdzenia. Zatem rdzeń miceli zawierazawiera znaczną ilość uwięzionej wody, a grupy -CH₂- nie są całkowicie zintegrowane z ciekłym rdzeniem węglowodorowym, lecz tworzą część nieciekłej powłoki miceli.
Powłoka miceli jest również znana jako interfejs micela-woda lub faza powierzchniowa. Nie odnosi się ona do makroskopowego interfejsu między micelami a wodą, lecz raczej do obszaru między micelami a monomerycznym wodnym roztworem surfaktantu. W przypadku miceli jonowych surfaktantów powłokę tworzy najgłębsza warstwa Sterna (lub stała warstwa adsorpcyjna) podwójnej warstwy elektrycznej o grubości około 0,2–0,3 nm. Powłoka zawiera nie tylko jonowe grupy czołowe surfaktantów i część związanych przeciwjonów, ale także warstwę hydratacyjną powstałą w wyniku hydratacji tych jonów. Powłoka miceli nie jest gładką powierzchnią, lecz raczej „szorstką” powierzchnią, będącą wynikiem fluktuacji wywołanych ruchem termicznym cząsteczek monomerów surfaktantu.
W środowiskach niewodnych (na bazie oleju), w których dominują cząsteczki oleju, hydrofilowe grupy surfaktantów agregują do wewnątrz, tworząc rdzeń polarny, podczas gdy hydrofobowe łańcuchy węglowodorowe tworzą zewnętrzną powłokę miceli. Ten typ miceli ma odwróconą strukturę w porównaniu z konwencjonalnymi micelami wodnymi i dlatego nazywa się ją micelą odwróconą; z kolei micele utworzone w wodzie nazywane są micelami normalnymi. Rysunek 4 przedstawia schematyczny model miceli odwróconych utworzonych przez surfaktanty w roztworach niewodnych. W ostatnich latach micele odwrócone są szeroko stosowane w syntezie i przygotowaniu nanonośników leków, szczególnie do enkapsulacji leków hydrofilowych.
Czas publikacji: 26-12-2025