நெடுஞ்சாலைப் பொறியியலில் சர்பாக்டான்ட்களின் பயன்பாடு

சர்பாக்டான்ட்கள் (மேற்பரப்புச் செயல்மிகு பொருட்கள் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன) தொழில் மற்றும் விவசாயத்தின் வளர்ச்சியில் இன்றியமையாத இரசாயனத் துணைப் பொருட்களாகும். இவை குறைந்த அளவிலேயே குறிப்பிடத்தக்க முடிவுகளை அடையும் நன்மையைக் கொண்டுள்ளன. குறிப்பாக இரண்டாம் உலகப் போருக்குப் பிறகு, பெட்ரோலிய இரசாயனத் துறையின் வளர்ச்சியுடன், வேகமாக வளர்ந்து வரும் செயற்கை சர்பாக்டான்ட் தொழில், பெட்ரோலியம், ஜவுளி, பூச்சிக்கொல்லிகள், மருத்துவ சிகிச்சை, உலோகவியல், சுரங்கத் தொழில், இயந்திரங்கள், கட்டுமானம், சாலைகள், விமானப் போக்குவரத்து, உணவு, சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்பு, சலவை மற்றும் சாயமிடுதல் போன்ற பல்வேறு துறைகளில் சர்பாக்டான்ட்களின் பயன்பாட்டை மேலும் ஊக்குவித்துள்ளது. இந்தக் கட்டுரை, நெடுஞ்சாலைப் பொறியியலில் தார் குழம்பாக்கிகளாக சர்பாக்டான்ட்களின் பயன்பாட்டை அறிமுகப்படுத்துவதில் கவனம் செலுத்தும்.

1. வரையறைசர்பாக்டான்ட்கள்

நீண்ட கால உற்பத்தி நடைமுறையில், சில பொருட்களின் கரைசல்கள் மிகக் குறைந்த செறிவுகளில்கூட கரைப்பான்களின் மேற்பரப்புப் பண்புகளைக் கணிசமாக மாற்றியமைக்க முடியும் என்பதை மக்கள் கண்டறிந்துள்ளனர். இதனால், கரைப்பானின் மேற்பரப்பு இழுவிசை அல்லது இடைமுக இழுவிசையைக் குறைத்தல், ஈரமாகும் தன்மையை அதிகரித்தல், சுத்தப்படுத்தும் தன்மை, கூழ்மமாக்கும் மற்றும் நுரைக்கும் பண்புகள் போன்ற குறிப்பிட்ட உற்பத்தித் தேவைகளுக்கு அவை பொருத்தமானதாக அமைகின்றன. அன்றாட வாழ்வில் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படும் சோப்பு, அத்தகைய ஒரு பொருளாகும். சோப்பு போன்ற பொருட்களின் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க பண்பு என்னவென்றால், தண்ணீரில் ஒரு சிறிய அளவைச் சேர்க்கும்போது, ​​அது நீரின் மேற்பரப்பு இழுவிசையை பெருமளவில் குறைக்க முடியும்.

அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றம் மற்றும் உற்பத்தியின் வளர்ச்சியுடன், மக்கள் அத்தகைய பொருட்களின் பண்புகள் மற்றும் செயல்பாடுகள் குறித்து ஆழமான ஆராய்ச்சிகளை மேற்கொண்டு, சர்பாக்டன்ட்களுக்கு ஒப்பீட்டளவில் துல்லியமான வரையறையை வழங்கியுள்ளனர். அதாவது, சர்பாக்டன்ட் என்பது ஒரு வேதிப் பொருளாகும், இது மிகக் குறைந்த செறிவுகளில் ஒரு கரைப்பானின் (பொதுவாக நீர்) மேற்பரப்பு இழுவிசையை (அல்லது திரவ-திரவ இடைமுக இழுவிசையை) கணிசமாகக் குறைத்து, அமைப்பின் மேற்பரப்பு நிலையை மாற்றுகிறது. இதன் மூலம், ஈரமாக்குதல் மற்றும் ஈரமாக்கலைத் தடுத்தல், குழம்பாக்குதல் மற்றும் குழம்பைப் பிரித்தல், சிதறடித்தல் மற்றும் உறையவைத்தல், நுரைத்தல் மற்றும் நுரையை நீக்குதல், மற்றும் கரைத்தல் போன்ற தொடர்ச்சியான விளைவுகளை ஏற்படுத்துகிறது.

2. சர்பாக்டன்ட்களின் கட்டமைப்புப் பண்புகள்

சர்பாக்டான்ட் மூலக்கூறுகள் முற்றிலும் மாறுபட்ட பண்புகளைக் கொண்ட இரண்டு பகுதிகளைக் கொண்டுள்ளன: ஒரு பகுதி, எண்ணெயின் மீது நாட்டம் கொண்ட லிப்போஃபிலிக் குழு (ஹைட்ரோஃபோபிக் குழு என்றும் அழைக்கப்படுகிறது), மற்றும் மற்றொரு பகுதி, நீரின் மீது நாட்டம் கொண்ட ஹைட்ரோஃபிலிக் குழு (ஓலியோஃபோபிக் குழு என்றும் அழைக்கப்படுகிறது). சர்பாக்டான்ட்களின் இந்தக் கட்டமைப்புப் பண்பானது, அவை நீரில் கரையும்போது, ​​ஹைட்ரோஃபிலிக் குழுக்களை நீர் மூலக்கூறுகளால் ஈர்க்கவும், லிப்போஃபிலிக் குழுக்களை நீர் மூலக்கூறுகளால் விலக்கவும் செய்கிறது. இந்த நிலையற்ற நிலையைச் சமாளிக்க, அவை திரவத்தின் மேற்பரப்பை ஆக்கிரமிக்க வேண்டும்; இதில் லிப்போஃபிலிக் குழுக்கள் வளிமண்டலத்திலும், ஹைட்ரோஃபிலிக் குழுக்கள் நீரிலும் பரவியிருக்கும்.

சர்பாக்டன்ட் மூலக்கூறுகளின் கட்டமைப்புப் பண்பு அவை ஆம்பிஃபிலிக் மூலக்கூறுகள் என்பது என்றாலும், எல்லா ஆம்பிஃபிலிக் மூலக்கூறுகளும் சர்பாக்டன்ட்கள் அல்ல. போதுமான அளவு நீண்ட லிப்போஃபிலிக் பகுதியைக் கொண்ட ஆம்பிஃபிலிக் பொருட்கள் மட்டுமே சர்பாக்டன்ட்கள் ஆகும்.

உதாரணமாக, கொழுப்பு அமில சோடியம் உப்புகளின் வரிசையில், குறைந்த எண்ணிக்கையிலான கார்பன் அணுக்களைக் கொண்ட சேர்மங்கள் (சோடியம் ஃபார்மேட், சோடியம் அசிடேட், சோடியம் புரோபியோனேட், சோடியம் பியூட்டிரேட் போன்றவை) அனைத்தும் கொழுப்பில் கரையும் மற்றும் நீரில் கரையும் குழுக்களைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் மேற்பரப்புச் செயல்பாட்டையும் பெற்றுள்ளன. ஆனால், அவை சோப்பாகச் செயல்படுவதில்லை, எனவே அவற்றை சர்பாக்டான்ட்கள் என்று அழைக்க முடியாது. கார்பன் அணுக்களின் எண்ணிக்கை ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிற்கு அதிகரிக்கும்போது மட்டுமே, சோடியம் கொழுப்பு அமிலங்கள் தெளிவான மேற்பரப்புச் செயல்பாட்டை வெளிப்படுத்துவதோடு, சோப்பின் பொதுவான பண்புகளையும் பெறுகின்றன. பெரும்பாலான இயற்கை விலங்கு மற்றும் தாவர எண்ணெய்கள் மற்றும் கொழுப்புகள், 10 முதல் 18 கார்பன் அணுக்களைக் கொண்ட கொழுப்பு அமில எஸ்டர்களாகும். இந்த அமிலங்கள் ஒரு நீரில் கரையும் குழுவுடன் இணைக்கப்பட்டால், அவை ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு கொழுப்பில் கரையும் மற்றும் நீரில் கரையும் தன்மையுடன் கூடிய சர்பாக்டான்ட்களாக மாறி, நல்ல கரைதிறனையும் கொண்டிருக்கும்.

3. சர்பாக்டான்ட்களின் பயன்பாடுநெடுஞ்சாலை பொறியியல்

3.1.மேற்பரப்புச் செயலிகள் மற்றும்நிலக்கீல் குழம்பாக்கிகள்

அஸ்பால்ட் எமல்சிஃபையர் என்பது ஒரு வகை சர்பாக்டன்ட் ஆகும். எமல்சிஃபையர்களும் டிடர்ஜென்ட்களும் உறிஞ்சும் தன்மை, திசைப்படுத்தல், கூழ்ம அயனிகளை உருவாக்கும் திறன் மற்றும் இடைமுக இழுவிசையைக் குறைக்கும் திறன் போன்ற பண்புகளைப் பகிர்ந்து கொள்கின்றன. இருப்பினும், ஒரு எமல்சிஃபையர் என்பதால், அதற்குப் படலம் உருவாக்கும் பண்புகளும் இருக்க வேண்டும். குறிப்பாக அஸ்பால்ட் எமல்சிஃபையர்களுக்கு, அஸ்பால்ட்டுடன் சிறப்பாக எமல்சிஃபை ஆவதற்கு, பொருத்தமான கார்பன் சங்கிலியைக் கொண்ட அல்கேன்கள் தேவைப்படுகின்றன.

3.2.நிலக்கீல் குழம்பாக்கிகளின் வகைப்பாடு

எமல்சிஃபையர்கள் நீரில் கரைக்கப்படும்போது, ​​அவற்றின் மூலக்கூறுகளில் உள்ள நீர்விருப்பக் குழுக்கள் மின்னூட்டங்களைக் கொண்டுள்ளதா என்பதைப் பொறுத்து, அவை அயனி மற்றும் அயனியற்ற வகைகள் என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. அயனி எமல்சிஃபையர்கள், நீரில் அயனியாக்கம் அடைந்த பிறகு அவற்றின் நீர்விருப்பக் குழுக்கள் கொண்டுள்ள மின்னூட்டங்களில் உள்ள வேறுபாடுகளின் காரணமாக, மேலும் நேர்மின் அயனி, எதிர்மின் அயனி மற்றும் இருவகை அயனி எனப் பிரிக்கப்படுகின்றன.

ஆனியானிக் நிலக்கரித் தார் குழம்பாக்கிகளின் மூலப்பொருட்கள் மலிவானவை மற்றும் எளிதில் கிடைக்கக்கூடியவை, மேலும் உற்பத்தி செயல்முறையும் எளிமையானது. எனவே, ஆரம்பத்தில் தயாரிக்கப்பட்ட குழம்பாக்கப்பட்ட நிலக்கரித் தார், ஆனியானிக் குழம்பாக்கப்பட்ட நிலக்கரித் தார் ஆகும். இது பொதுவாக நடுத்தர-அமைவு வகையைச் சேர்ந்தது, மேலும் சில மெதுவாக-அமைவு வகைகளும் உள்ளன. இதை கூழ்மக் கசிவு அடைத்தல், ஊடுருவல், மேற்பரப்புப் பதப்படுத்துதல் போன்றவற்றிற்குப் பயன்படுத்தலாம். ஆனியானிக் குழம்பாக்கிகளுக்கு விலை நன்மைகள் இருந்தாலும், அவை நிலக்கரித் தாரின் அசல் பண்புகளில் பெரும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன, மேலும் கட்டுமானச் செயல்பாட்டின் போது பல சிக்கல்கள் ஏற்படுகின்றன. எனவே, அவற்றைப் பயன்படுத்தும்போது, ​​செலவு, கட்டுமான விளைவு மற்றும் கட்டுமானத் தரம் ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைந்த தாக்கங்களைக் கருத்தில் கொள்வது அவசியம்.

Cஅயனி குழம்பாக்கிaஇது ஒப்பீட்டளவில் தாமதமாக உருவாக்கப்பட்டிருந்தாலும், பல்வேறு கனிமப் பொருட்களுடன் சிறந்த ஒட்டுதல், வேகமான உருவாக்கும் வேகம், அதிக ஆரம்ப வலிமை மற்றும் குறைந்த அளவுப் பயன்பாடு ஆகியவற்றைக் கொண்டிருப்பதாக நடைமுறையில் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. இது எதிர்மின் அயனி குழம்பாக்கிகளின் நன்மைகளைப் பயன்படுத்திக் கொள்வதோடு மட்டுமல்லாமல், அவற்றின் குறைபாடுகளையும் ஈடுசெய்கிறது. இதனால், இது உருவாக்கப்பட்டதிலிருந்து அதிக கவனத்தை ஈர்த்து வருகிறது. நேர்மின் அயனி நிலக்கரித் தார் குழம்பாக்கிகள் பரந்த அளவிலான வகைகளையும் வெவ்வேறு வகைப்படுத்தல் முறைகளையும் கொண்டுள்ளன. அவை பொதுவாக அவற்றின் வேதியியல் கட்டமைப்புகளின்படி வகைப்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் பொதுவானவற்றில் முக்கியமாக அல்கைல் அமீன்கள், குவாட்டர்னரி இரும்பு உப்புகள், லிக்னின் அமீன்கள், இமிடசோலின்கள் போன்றவை அடங்கும்.

ஸ்விட்டர்அயனிக் எமல்சிஃபையர் மூலக்கூறுகள் அமில மற்றும் காரக் குழுக்கள் இரண்டையும் கொண்டுள்ளன, மேலும் அவை எளிதில் "உள் உப்புகளை" உருவாக்குகின்றன. ஸ்விட்டர்அயனிக் எமல்சிஃபையர்களின் நீர்க்கரைசல்களின் ஒரு சிறப்பியல்பு என்னவென்றால், pH மதிப்பில் ஏற்படும் மாறுபாடுகளுக்கு ஏற்ப அவற்றின் மின்னூட்டம் மாறும். கடின நீரில் கால்சியத்தைப் பரப்பும் வலுவான திறனையும், மற்ற வகை எமல்சிஃபையர்களுடன் நல்ல இணக்கத்தன்மையையும் அவை கொண்டுள்ளன, ஆனால் அவற்றின் விலை ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாக உள்ளது.

பெரும்பாலான அயனியற்ற குழம்பாக்கிகள், எத்திலீன் ஆக்சைடை, வினைபுரியும் ஹைட்ரஜனைக் கொண்ட சேர்மங்களுடன் (பீனால்கள், ஆல்கஹால்கள், கார்பாக்சிலிக் அமிலங்கள், அமீன்கள் போன்றவை) வினைபுரியச் செய்வதன் மூலம் பெறப்படுகின்றன. அவற்றின் செயல்பாடு, நீர் விலக்கும் ஆல்கைல் குழுக்களை மட்டுமல்லாமல், பாலியாக்ஸிஎத்திலீன் சங்கிலிகளின் நீளத்தையும் சார்ந்துள்ளது. அவை அதிக மேற்பரப்புச் செயல்பாடு, நிலைத்தன்மை மற்றும் நல்ல குழம்பாக்கும் திறனைக் கொண்டுள்ளன; மற்ற குழம்பாக்கிகள் மற்றும் அவற்றின் சேர்க்கைப் பொருட்களுடன் நல்ல இணக்கத்தன்மையை வெளிப்படுத்துகின்றன; மேலும், உலோக அயனிகள் மீது ஒரு குறிப்பிட்ட கீலேட்டிங் விளைவைக் கொண்டுள்ளன. அவற்றின் செயல்பாடு கரைசலின் pH மதிப்பைச் சார்ந்தது அல்ல, மேலும் கட்ட நிலைமாற்ற வெப்பநிலையில் (PIT) உருவாகும் குழம்பே மிகவும் நிலையானதாக உள்ளது.

3.3.அஸ்பால்ட் எமல்சிஃபையர்களின் செயல்படும் கொள்கை

குழம்பாக்கியின் செறிவு மிகக் குறைவாக இருக்கும்போது, ​​மிகக் குறைவான குழம்பாக்கி மூலக்கூறுகளே இருக்கும். காற்றுக்கும் நீருக்கும் இடையிலான இடைமுகத்தில், அதிக எண்ணிக்கையிலான குழம்பாக்கி மூலக்கூறுகள் குவிவது சாத்தியமற்றது. மேற்பரப்பில், அது ஏறக்குறைய காற்று மற்றும் நீருடன் நேரடித் தொடர்பில் இருப்பதால், மேற்பரப்பு இழுவிசை கிட்டத்தட்ட மாறாமல், தூய நீரின் மேற்பரப்பு இழுவிசைக்கு நெருக்கமாகவே உள்ளது.

குழம்பாக்கியின் செறிவு தகுந்த அளவில் அதிகரிக்கும்போது, ​​குழம்பாக்கி மூலக்கூறுகள் நீரின் மேற்பரப்பில் விரைவாக ஒன்றுகூடுகின்றன. இதனால், காற்றுக்கும் நீருக்கும் இடையேயான தொடு பரப்பு குறைந்து, மேற்பரப்பு இழுவிசை வேகமாக குறைகிறது.

குழம்பாக்கியின் செறிவு மேலும் அதிகரித்து ஒரு குறிப்பிட்ட மதிப்பை அடையும்போது, ​​அதிக எண்ணிக்கையிலான குழம்பாக்கி மூலக்கூறுகள் நீர்க்கரைசலின் மேற்பரப்பில் குவிந்து, கரைசலின் மேற்பரப்பை மூடும் ஒரு ஒற்றை மூலக்கூறு படலத்தை உருவாக்குகின்றன. இது நீர்க்கரைசலைக் காற்றிலிருந்து முழுமையாகத் தனிமைப்படுத்தி, மேற்பரப்பு இழுவிசையை நிலைப்படுத்துகிறது. குழம்பாக்கியின் செறிவு மேலும் சிறிதளவு அதிகரிக்கப்பட்டால், குழம்பாக்கி மூலக்கூறுகளால் நீரின் மேற்பரப்பில் இனி குவிய முடியாது. மாறாக, அவை கொழுப்பு விரும்பும் குழுக்கள் உள்நோக்கியும், நீர் விரும்பும் குழுக்கள் வெளிநோக்கியும் இருக்கும்படி, மைசெல்கள் அல்லது மைசெல்லார் திரள்களாகத் தங்களைத் தாங்களே ஒன்றுசேர்க்கின்றன. மைசெல்கள் அல்லது மைசெல்லார் திரள்கள் உருவாகத் தொடங்கும் குறைந்தபட்ச செறிவு, பொதுவாக மாறுநிலை மைசெல் செறிவு (CMC) என்று அழைக்கப்படுகிறது.

முக்கியமான மைசெல் செறிவை அடைந்த பிறகு, குழம்பாக்கியின் செறிவு தொடர்ந்து அதிகரித்தால், மேற்பரப்பு இழுவிசை மேலும் குறையாது. மேற்பரப்பில் ஏற்கனவே ஒரு ஒற்றை மூலக்கூறு படலம் உருவாகிவிட்டதால், குழம்பாக்கி மூலக்கூறுகள் ஒன்றிணைந்து நெருக்கமாக நகர முனைகின்றன, தொடர்ந்து மைசெல்களாகத் திரள்கின்றன, இதனால் குழம்பில் உள்ள மைசெல்களின் எண்ணிக்கை தொடர்ந்து அதிகரிக்கிறது.

தார் கூழ்மமாதல் என்பது கூழ்மமாக்கும் செயல்பாட்டின் ஒரு முக்கிய அம்சமாகும். எண்ணெய்-நீர் கரைசலில் ஒரு கூழ்மமாக்கியைச் சேர்த்த பிறகு, கூழ்மமாக்கியின் இரண்டு தொகுதிகளும் ஒரு திசைசார்ந்த முறையில் தங்களை நிலைநிறுத்திக்கொண்டு, எண்ணெய் மற்றும் நீரின் இரண்டு இடைமுகங்களையும் இணைக்கின்றன, இதன்மூலம் அவை ஒன்றையொன்று விலக்குவதைத் தடுக்கின்றன. கலக்கி மற்றும் சிதறடித்த பிறகு, தார் நீரில் நுண்ணிய துகள்களின் வடிவில் நிலையாகச் சிதறுகிறது.

முடிவு

தார் குழம்பாக்கிகளை உதாரணமாகக் கொண்டு, இந்தக் கட்டுரை மேற்பரப்புச் செயலிகளின் கட்டமைப்புப் பண்புகள், செயல்படும் கொள்கைகள் மற்றும் பயன்பாட்டு நிலை குறித்த ஒரு விரிவான அறிமுகத்தையும் பகுப்பாய்வையும் வழங்குகிறது. மேற்பரப்புச் செயலிகள் நீரின் மேற்பரப்பு இழுவிசையைத் திறம்படக் குறைக்கின்றன, பல்வேறு இடைமுகங்களில் மேற்பரப்புச் செயலி மூலக்கூறுகளை வலுவாக உறிஞ்சுகின்றன, மேலும் பெரும்பாலும் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு திசைசார் ஒட்டுதலையும் கொண்டுள்ளன. இந்தத் திசைசார் ஒட்டுதல்தான், குழம்பாக்குதல், குழம்பைப் பிரித்தல், நுரைத்தல், சிதறடித்தல், உறைதல் மற்றும் ஈரமாக்குதல் போன்ற பல செயல்பாடுகளை மேற்பரப்புச் செயலிகளுக்கு வழங்குகிறது. தார் குழம்பாக்கிகள், மேற்பரப்புச் செயலிகளின் குழம்பாக்கும் விளைவைப் பயன்படுத்திச் செயல்படுகின்றன. பொருளாதாரச் செயல்திறன் அல்லது சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்பு என எந்தக் கண்ணோட்டத்தில் பார்த்தாலும், 21 ஆம் நூற்றாண்டின் நெடுஞ்சாலைப் பொறியியல் வளர்ச்சியில் குளிர் கட்டுமானம் ஒரு முக்கியப் போக்காக இருக்கும் என்பதில் சந்தேகமில்லை, மேலும் குழம்பாக்கிகளே இந்தத் தொழில்நுட்பத்தின் மையமாக உள்ளன. குழம்பாக்கிகளின் செயல்திறன் குறித்த ஆராய்ச்சியும் மேம்பாடும் குளிர் கட்டுமானத்தில் நிச்சயமாக ஒரு ஆழமான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும்.