Razumevanje amfoternih površinsko aktivnih snovi v enem članku – vrsta aminokislin in vrsta betaina

Amfoterne površinsko aktivne snovi so površinsko aktivne snovi, ki v isti molekuli vsebujejo tako anionske hidrofilne kot kationske hidrofilne skupine. Njihova najpomembnejša značilnost je, da lahko tako darujejo kot sprejemajo protone. Med uporabo imajo naslednje lastnosti: Amfoterne površinsko aktivne snovi imajo na splošno dobro delovanje pri pranju, dispergiranju, emulgiranju, sterilizaciji, mehčanju vlaken in antistatiki ter se lahko uporabljajo kot pomožna sredstva za dodelavo tkanin, pomožna sredstva za barvanje, dispergatorji kalcijevega mila, površinsko aktivne snovi za kemično čiščenje in zaviralci korozije kovin itd. Imajo odlično mehkobo, gladkost in antistatične lastnosti za tkanine; določene baktericidne in protiplesnivne lastnosti; ter dobre emulgacijske in dispergacijske lastnosti. Vendar je ta vrsta površinsko aktivne snovi relativno draga in njeno dejansko območje uporabe je manjše kot pri drugih vrstah površinsko aktivnih snovi. Je blaga površinsko aktivna snov. Za razliko od posameznih anionskih ali kationskih površinsko aktivnih snovi imajo molekule amfoternih površinsko aktivnih snovi na enem koncu molekule tako kisle kot bazične skupine. Kisle skupine so večinoma karboksilne, sulfonske kisline ali fosfatne skupine, medtem ko so bazične skupine amino ali kvaternarne amonijeve skupine. Lahko se mešajo z anionskimi in neionskimi površinsko aktivnimi snovmi ter so odporne na kisline, alkalije, soli in soli zemeljskoalkalijskih kovin.

Trenutno pogosto uporabljene sintetične amfoterne površinsko aktivne snovi imajo večinoma karboksilatne skupine kot anionske dele, nekaj pa jih ima tudi sulfonatne skupine; njihovi kationski deli so večinoma aminske soli ali kvaternarne amonijeve soli. Tisti z aminskimi solmi kot kationskim delom se imenujejo aminokislinski tip; tisti s kvaternarnimi amonijevimi solmi kot kationskim delom se imenujejo betainski tip.

1. Vrsta aminokisline

Vodna raztopina amfoternih površinsko aktivnih snovi aminokislinskega tipa je alkalna. Ko počasi in med mešanjem dodajamo klorovodikovo kislino, se stanje, ko raztopina postane nevtralna, ne spremeni. Ko raztopina postane rahlo kisla, nastane oborina. Če dodamo več klorovodikove kisline, da postane raztopina močno kisla, se oborina ponovno raztopi. To kaže, da se v alkalnem okolju obnaša kot anionska površinsko aktivna snov, v kislem pa kot kationska površinsko aktivna snov. Ko pa so kationske in anionske lastnosti v izoelektrični točki natančno uravnotežene, se hidrofilnost zmanjša, kar povzroči nastanek oborine. Anion v molekuli je karboksilna skupina, kation pa amonijeva sol. Ta vrsta površinsko aktivne snovi kaže različne površinske aktivnosti s spremembami pH medija. Na primer, dodecilaminopropionska kislina (C12H25N+H2CH2CH2COO-) se lahko v mediju natrijevega hidroksida pretvori v natrijev dodecilaminopropionat (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) in se obnaša kot vodotopna anionska površinsko aktivna snov. V klorovodikovi kislini se lahko pretvori v hidrokloridno sol dodecilaminopropionske kisline [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-], ki se obnaša kot vodotopna kationska površinsko aktivna snov. Če se pH medija prilagodi tako, da sta pozitivni in negativni naboja popolnoma uravnotežena, se pretvori v notranjo sol (C12H25N+H2CH2CH2COO-), ki je slabo topna v vodi in se obori. pH na tej točki se imenuje izoelektrična točka. Da bi se amfoterne površinsko aktivne snovi aminokislinskega tipa v celoti izkazale za učinkovite, jih je treba uporabljati v vodnih raztopinah s pH, ki odstopa od izoelektrične točke. Med običajne surovine, ki se uporabljajo pri pripravi amfoternih površinsko aktivnih snovi aminokislinskega tipa, spadajo višji alifatski primarni amini, metil akrilat (glej akrilatni estri), akrilonitril in kloroocetna kislina.

1. Betainskega tipa

Amfoterne površinsko aktivne snovi betainskega tipa imajo največjo značilnost topnosti v vodnih raztopinah, ne glede na to, ali so kisle, nevtralne ali alkalne. Ne oborijo se niti na izoelektrični točki. Poleg tega imajo tudi dobre lastnosti, kot so prepustnost, detergentnost in antistatičnost. Zato so dobri emulgatorji in mehčalci.

Karboksibetain

Anion v molekuli je karboksilna skupina, kation pa je kvaternarna amonijeva skupina. Na primer, alkil dimetil betain [RN+(CH3)2CH2COO-], kjer ima alkilna skupina R od 12 do 18 atomov ogljika. V primerjavi z aminokislinskimi tipi se betainski tipi lahko raztopijo v vodi v kislih, nevtralnih ali alkalnih medijih in se ne oborijo niti pri izoelektrični točki, zato jih je mogoče uporabiti v vodnih raztopinah s katerim koli pH. V kislih medijih, ko je pH izoelektrične točke nižji, se obnaša kot vodotopna kationska površinsko aktivna snov [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-]; v nevtralnih ali alkalnih medijih, tj. ko je pH enak ali višji od izoelektrične točke, se obnaša kot vodotopna amfoterna površinsko aktivna snov in se ne obnaša kot anionska površinsko aktivna snov. Amfoterne površinsko aktivne snovi ponavadi tvorijo oborine z anionskimi površinsko aktivnimi snovmi le v kislih medijih. Uporabljajo se lahko v kombinaciji s katero koli vrsto površinsko aktivne snovi v medijih z različnimi vrednostmi pH. Med običajnimi surovinami za pripravo amfoternih površinsko aktivnih snovi betainskega tipa so alkil dimetil terciarni amini in natrijev kloroacetat itd.

Sulfobetain

Anionska skupina v molekuli je sulfo skupina (SO3-), kationska skupina pa je kvaternarna amonijeva skupina. Pogosto uporabljeni so alkil dimetil sulfoetil betaini [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] in alkil dimetil sulfopropil betaini [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]. Število atomov ogljika v alkilni skupini R v formulah se giblje od 12 do 18. Sulfobetaini imajo celovite lastnosti; ne le da imajo vse prednosti običajnih betainov, temveč imajo tudi edinstvene prednosti, kot je odpornost na visoke koncentracije kislin, alkalij in soli. Trenutno se hidroksi sulfopropil [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] uporablja kot nadomestilo za sulfopropil betaine, ki med proizvodnjo proizvajajo snovi, škodljive za človeško telo. Zaradi prisotnosti anionskih in kationskih skupin s hidroksilnimi skupinami v svoji strukturi imajo ne le vse prednosti amfoternih površinsko aktivnih snovi, temveč kažejo tudi odpornost na visoke koncentracije kislin, alkalij in soli, dobre emulgirne, dispergirne in antistatične lastnosti ter baktericidne, protiglivične in viskoelastične lastnosti. So površinsko aktivne snovi z odličnim splošnim delovanjem in se pogosto uporabljajo na različnih področjih, kot so vsakodnevne kemikalije, izpodrivanje nafte iz naftnih polj, lomljenje in zakisanje.

Fosfolipid betain

Anionska skupina v molekuli je fosfatna skupina (HPO4-), kationska skupina pa kvaternarna amonijeva skupina. Na primer, alkil dimetil hidroksipropil fosfat betain [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], kjer ima alkilna skupina R od 12 do 18 atomov ogljika. Ta struktura določa, da nima le odličnih lastnosti amfoternih površinsko aktivnih snovi, kot so omočljivost, detergentnost, solubilizacija, emulgiranje in dispergiranje, antistatične lastnosti, toplotna stabilnost, pa tudi dobra združljivost, nizko draženje in prednosti pred splošnimi anionskimi površinsko aktivnimi snovmi, kot so boljša odpornost na alkalije, odpornost na elektrolite in antistatične lastnosti, ampak ima tudi močno disperzibilnost kalcijevega mila, nizko površinsko napetost in odlično penjenje.