Vätande effekt, krav: HLB: 7-9
Vätning definieras som det fenomen där gas som adsorberats på en fast yta undanträngs av en vätska. Ämnen som kan förbättra denna undanträngningskapacitet kallas vätmedel. Vätning delas generellt in i tre typer: kontaktvätning (vidhäftningsvätning), nedsänkningsvätning (nedsänkningsvätning) och spridningsvätning (spridning). Bland dessa representerar spridning den högsta standarden för vätning, och spridningskoefficienten används ofta som en indikator för att utvärdera vätningsprestanda mellan olika system. Dessutom är kontaktvinkeln också ett kriterium för att bedöma vätningskvaliteten. Tensider kan användas för att kontrollera vätningsgraden mellan flytande och fasta faser.
Inom bekämpningsmedelsindustrin innehåller vissa granulära formuleringar och puder även en viss mängd tensider. Deras syfte är att förbättra vidhäftningen och avsättningsmängden av bekämpningsmedlet på målytan, accelerera frisättningshastigheten och utöka spridningsområdet för de aktiva ingredienserna under fuktiga förhållanden, vilket därigenom förbättrar effekten av sjukdomsförebyggande och behandling.
Inom kosmetikaindustrin fungerar tensider som emulgeringsmedel och är oumbärliga komponenter i hudvårdsprodukter som krämer, lotioner, ansiktsrengöringsmedel och sminkborttagningsmedel.
Miceller och solubilisering,krav: C > CMC (HLB 13–18)
Den lägsta koncentrationen vid vilken surfaktantmolekyler associeras för att bilda miceller. När koncentrationen överstiger CMC-värdet arrangerar sig surfaktantmolekylerna i strukturer som sfäriska, stavliknande, lamellära eller plattliknande konfigurationer.
Solubiliseringssystem är termodynamiska jämviktssystem. Ju lägre CMC och ju högre associationsgrad, desto större är den maximala tillsatskoncentrationen (MAC). Temperaturens effekt på solubilisering återspeglas i tre aspekter: den påverkar micellbildning, solubilisaternas löslighet och lösligheten hos själva ytaktiva ämnen. För joniska ytaktiva ämnen ökar deras löslighet kraftigt med stigande temperatur, och temperaturen vid vilken denna abrupta ökning sker kallas Krafft-punkten. Ju högre Krafft-punkten är, desto lägre är den kritiska micellkoncentrationen.
För nonjoniska polyoxietylen-tensider, när temperaturen stiger till en viss nivå, sjunker deras löslighet kraftigt och utfällning sker, vilket gör att lösningen blir grumlig. Detta fenomen kallas grumling, och motsvarande temperatur kallas grumlingspunkt. För tensider med samma polyoxietylen-kedjelängd gäller att ju längre kolvätekedjan är, desto lägre är grumlingspunkten; omvänt, med samma kolvätekedja, desto längre polyoxietylen-kedjan är, desto högre är grumlingspunkten.
Opolära organiska ämnen (t.ex. bensen) har mycket låg löslighet i vatten. Emellertid kan tillsats av tensider som natriumoleat avsevärt öka bensenens löslighet i vatten – en process som kallas solubilisering. Solubilisering skiljer sig från vanlig upplösning: den solubiliserade bensenen är inte jämnt dispergerad i vattenmolekyler utan fångad i micellerna som bildas av oleatjoner. Röntgendiffraktionsstudier har bekräftat att alla typer av miceller expanderar i varierande grad efter solubilisering, medan de kolligativa egenskaperna hos den totala lösningen i stort sett förblir oförändrade.
Allt eftersom koncentrationen av tensider i vatten ökar, ackumuleras tensidmolekyler på vätskeytan och bildar ett tätt packat, orienterat monomolekylärt lager. Överskottsmolekyler i bulkfasen aggregerar med sina hydrofoba grupper vända inåt och bildar miceller. Den lägsta koncentration som krävs för att initiera micellbildning definieras som den kritiska micellkoncentrationen (CMC). Vid denna koncentration avviker lösningen från idealt beteende, och en tydlig inflexionspunkt uppträder på ytspänning kontra koncentrationskurvan. Ytterligare ökning av tensidkoncentrationen kommer inte längre att minska ytspänningen; istället kommer det att främja kontinuerlig tillväxt och multiplikation av miceller i bulkfasen.
När tensidmolekyler dispergeras i en lösning och når en specifik koncentrationströskel, bildar de individuella monomerer (joner eller molekyler) kolloidala aggregat som kallas miceller. Denna övergång utlöser abrupta förändringar i lösningens fysikaliska och kemiska egenskaper, och koncentrationen vid vilken detta sker kallas CMC. Processen för micellbildning kallas micellisering.
Bildningen av miceller i vattenlösningar av tensider är en koncentrationsberoende process. I extremt utspädda lösningar är vatten och luft nästan i direkt kontakt, så ytspänningen minskar endast något och förblir nära den för rent vatten, med mycket få tensidmolekyler dispergerade i bulkfasen. När koncentrationen av tensid ökar måttligt adsorberas molekylerna snabbt på vattenytan, vilket minskar kontaktytan mellan vatten och luft och orsakar en kraftig minskning av ytspänningen. Samtidigt aggregerar vissa tensidmolekyler i bulkfasen med sina hydrofoba grupper i linje och bildar små miceller.
Allt eftersom koncentrationen fortsätter att stiga och lösningen når mättnadsadsorption, bildas en tätt packad monomolekylär film på vätskeytan. När koncentrationen når CMC når lösningens ytspänning sitt minimivärde. Bortom CMC påverkar ytterligare ökning av koncentrationen av ytaktivt ämne knappt ytspänningen; istället ökar antalet och storleken på miceller i bulkfasen. Lösningen domineras sedan av miceller, vilka fungerar som mikroreaktorer i syntesen av nanopulver. Med fortsatt koncentrationsökning övergår systemet gradvis till ett flytande kristallint tillstånd.
När koncentrationen av en vattenlösning av ytaktivt ämne når CMC, blir bildandet av miceller framträdande med ökande koncentration. Detta kännetecknas av en brytpunkt i ytspännings- kontra logaritmisk koncentrationskurva (γ-log c-kurva), tillsammans med uppkomsten av icke-ideala fysikaliska och kemiska egenskaper i lösningen.
Joniska tensidmiceller bär höga ytladdningar. På grund av elektrostatisk attraktion attraheras motjoner till micellens yta, vilket neutraliserar en del av de positiva och negativa laddningarna. Men när micellerna bildar högladdade strukturer ökar den retarderande kraften i den joniska atmosfären som bildas av motjonerna avsevärt – en egenskap som kan utnyttjas för att justera dispergerbarheten hos nanopulver. Av dessa två skäl minskar lösningens ekvivalenta konduktivitet snabbt med ökande koncentration bortom CMC, vilket gör denna punkt till en tillförlitlig metod för att bestämma den kritiska micellkoncentrationen av tensider.
Strukturen hos joniska surfaktantmiceller är vanligtvis sfärisk och består av tre delar: en kärna, ett skal och ett diffust elektriskt dubbelskikt. Kärnan består av hydrofoba kolvätekedjor, liknande flytande kolväten, med en diameter som varierar från ungefär 1 till 2,8 nm. Metylengrupperna (-CH₂-) intill de polära huvudgrupperna har partiell polaritet och kvarhåller vissa vattenmolekyler runt kärnan. Således innehåller micellkärnanen avsevärd mängd instängt vatten, och dessa -CH₂--grupper är inte helt integrerade i den vätskeliknande kolvätekärnan utan utgör istället en del av det icke-flytande micellskalet.
Micellskalet är också känt som micell-vatten-gränssnittet eller ytfasen. Det hänvisar inte till det makroskopiska gränssnittet mellan miceller och vatten utan snarare området mellan miceller och den monomera vattenlösningen av tensider. För joniska tensidmiceller bildas skalet av det innersta Stern-skiktet (eller det fasta adsorptionsskiktet) av det elektriska dubbelskiktet, med en tjocklek på cirka 0,2 till 0,3 nm. Skalet innehåller inte bara de joniska huvudgrupperna hos tensider och en del bundna motjoner utan också ett hydratiseringsskikt på grund av hydratiseringen av dessa joner. Micellskalet är inte en slät yta utan snarare ett "grovt" gränssnitt, ett resultat av fluktuationer orsakade av den termiska rörelsen hos tensidmonomermolekyler.
I icke-vattenhaltiga (oljebaserade) medier, där oljemolekyler dominerar, aggregerar de hydrofila grupperna av tensider inåt och bildar en polär kärna, medan de hydrofoba kolvätekedjorna bildar micellens yttre skal. Denna typ av micell har en omvänd struktur jämfört med konventionella vattenhaltiga miceller och kallas därför en omvänd micell; däremot kallas miceller som bildas i vatten för normala miceller. Figur 4 visar en schematisk modell av omvända miceller som bildas av tensider i icke-vattenhaltiga lösningar. På senare år har omvända miceller använts i stor utsträckning vid syntes och framställning av läkemedelsbärare i nanoskala, särskilt för inkapsling av hydrofila läkemedel.
Publiceringstid: 26 dec 2025