สารลดแรงตึงผิวมีหลายประเภท เมื่อจัดอันดับตามประสิทธิภาพ สารลดแรงตึงผิวประจุลบคิดเป็น 56% สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ 36% สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริก 5% และสารลดแรงตึงผิวประจุบวก 3%
2. สารลดแรงตึงผิวประจุลบ
2.1 สารลดแรงตึงผิวประจุลบชนิดซัลโฟเนต
สารลดแรงตึงผิวประเภททั่วไป ได้แก่ โซเดียมลิเนียร์อัลคิลเบนซีนซัลโฟเนต และโซเดียมอัลฟาโอเลฟินซัลโฟเนต
โซเดียมลิเนียร์อัลคิลเบนซีนซัลโฟเนต หรือที่รู้จักกันในชื่อ LAS หรือ ABS เป็นของแข็งผงหรือเกล็ดสีขาวหรือเหลืองอ่อน ละลายน้ำได้ มีความสามารถในการละลายน้ำต่ำที่อุณหภูมิต่ำ โดยมีความสามารถในการละลายต่ำกว่า 3 ในน้ำที่อุณหภูมิห้อง แต่มีความสามารถในการละลายที่ดีเยี่ยมในระบบสารลดแรงตึงผิวแบบผสม มีความเสถียรดีต่อด่าง กรดเจือจาง และน้ำกระด้าง โดยมีอุณหภูมิการสลายตัวที่ 240℃ ดัชนีการระคายเคืองของสารละลาย 10% คือ 5.0 อัตราการย่อยสลายของจุลินทรีย์อยู่ในช่วง 80% ถึง 90% และค่า LD50 อยู่ที่ 1300 ถึง 2500 มก./กก.
โซเดียมอัลฟาโอเลฟินซัลโฟเนต (Sα-OLEFIN Sulfonate) ย่อว่า AOS เมื่อมีปริมาณสารออกฤทธิ์ระหว่าง 38% ถึง 40% จะมีลักษณะเป็นของเหลวใสสีเหลืองและละลายน้ำได้ดี มีความเสถียรที่ดีในช่วง pH ที่กว้าง โดยหลังจากเก็บไว้ 3 วันที่อุณหภูมิ 30℃ ภายใต้ค่า pH 2, 4 และ 10 ตามลำดับ อัตราการไฮโดรไลซิสยังคงเป็นศูนย์ในทุกกรณี ก่อให้เกิดการระคายเคืองต่อผิวหนังเล็กน้อย มีอัตราการย่อยสลายจุลินทรีย์ 100% และมีค่า LD50 อยู่ระหว่าง 1300 ถึง 2400 มก./กก.
โดยทั่วไปแล้ว LAS ไม่ค่อยได้ใช้ในแชมพูและผลิตภัณฑ์อาบน้ำ แต่ส่วนใหญ่จะใช้ในน้ำยาซักผ้าและน้ำยาล้างจาน ในน้ำยาล้างจาน LAS อาจคิดเป็นสัดส่วนประมาณครึ่งหนึ่งของสารลดแรงตึงผิวทั้งหมด ในขณะที่สัดส่วนของ LAS ในน้ำยาซักผ้าสามารถปรับได้ภายในช่วงที่เหมาะสมในทางปฏิบัติ
LAS มีคุณสมบัติละลายน้ำได้ดีขึ้นโดยเฉพาะที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง เช่น 60℃ และเมื่อผสมกับสารลดแรงตึงผิวชนิดอื่น ๆ ระบบสารประกอบสามองค์ประกอบทั่วไปอย่าง “LAS-AES-FFA” ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในน้ำยาล้างจาน และระบบสารประกอบ “LAS-เบสสบู่-η·SAA” มักใช้ในผงซักฟอก เป็นที่น่าสังเกตว่าการผสม LAS กับสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุอย่างอัลคิลอลอะไมด์โดยตรงมักไม่ได้ผลตามที่ต้องการ ระบบ “LAS-FFA” นั้นไม่เสถียร มีความหนืดต่ำ และมีลักษณะเป็นสีขาวขุ่น
LAS เป็นสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ที่มีปริมาณการผลิตมากที่สุดเป็นอันดับหนึ่ง โดยมีปริมาณการผลิตต่อปี 290 กิโลตัน และเป็นสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ที่ราคาถูกที่สุด มีราคาต่ำที่สุดในบรรดาสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ที่มีปริมาณการผลิตสูง 5 อันดับแรก และราคาก็เทียบได้กับราคาของเบสสบู่ (สบู่กรดไขมัน) ในกลุ่มสารลดแรงตึงผิวประจุลบแบบดั้งเดิม LAS มีคุณสมบัติเด่นคือ มีเสถียรภาพดีเยี่ยม มีประสิทธิภาพในการทำความสะอาดสูง และราคาถูก แต่ข้อเสียที่สำคัญคือ มีความเสี่ยงต่อการระคายเคืองค่อนข้างสูง
ในบรรดาสารลดแรงตึงผิวกลุ่มซัลโฟเนตทั้งหมด AOS ให้ประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีที่สุด มันสืบทอดและพัฒนาข้อดีของซัลโฟเนตทั่วไปไปพร้อมๆ กับหลีกเลี่ยงข้อเสียที่มีอยู่ ในฐานะที่เป็นสารลดแรงตึงผิวหลักที่สำคัญชนิดหนึ่ง AOS ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแชมพูและผลิตภัณฑ์อาบน้ำ และการใช้งานในผงซักฟอกเหลวอื่นๆ จะค่อยๆ ขยายตัวขึ้นเรื่อยๆ ควบคู่ไปกับการผลิตในประเทศและการลดราคาที่ตามมา
AOS มีข้อดีที่โดดเด่นหลายประการ ได้แก่ ความเสถียรสูง ละลายน้ำได้ดีเยี่ยม เข้ากันได้ดี ระคายเคืองต่ำ และย่อยสลายได้ทางชีวภาพโดยจุลินทรีย์ในระดับที่เหมาะสม ข้อเสียหลักคือมีราคาค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับสารลดแรงตึงผิวประจุลบชนิดอื่นๆ
2.2 สารลดแรงตึงผิวประจุลบซัลเฟต
สารลดแรงตึงผิวประเภททั่วไป ได้แก่ โซเดียมแฟตตีแอลกอฮอล์โพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ซัลเฟต และโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต
โซเดียมแฟตตี้แอลกอฮอล์โพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ซัลเฟต หรือที่รู้จักกันในชื่อ AES หรือแอลกอฮอล์อีเทอร์ซัลเฟต ละลายน้ำได้ง่าย เมื่อความเข้มข้นของสารออกฤทธิ์ถึง 70% จะมีลักษณะเป็นของเหลวหนืดใสสีเหลืองอ่อน และมีความเสถียรน้อยกว่าซัลโฟเนตทั่วไป จะเกิดการไฮโดรไลซิสอย่างรวดเร็วเมื่อค่า pH ต่ำกว่า 4 แต่มีความเสถียรต่อการไฮโดรไลซิสในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างได้ดีเยี่ยม หลังจากเก็บรักษาไว้ 3 วันที่อุณหภูมิ 30°C ภายใต้สภาวะ pH 2, pH 4 และ pH 10 อัตราการไฮโดรไลซิสจะอยู่ที่ 100%, 50% และ 0 ตามลำดับ มีคุณสมบัติระคายเคืองต่ำ โดยมีดัชนีการระคายเคือง 2.3 สำหรับสารละลายในน้ำ 10% อัตราการย่อยสลายทางชีวภาพมากกว่า 90% และค่า LD50 เท่ากับ 1800 มก./กก.
โซเดียมโดเดซิลซัลเฟต หรือที่รู้จักกันในชื่อ AS, K12, โซเดียมโคโคอัลคิลซัลเฟต, โซเดียมลอริลซัลเฟต หรือสารทำให้เกิดฟอง ละลายน้ำได้ดี โดยมีความสามารถในการละลายประมาณ 15 ที่อุณหภูมิ 25°C ซึ่งต่ำกว่า AES ไม่ไวต่อด่างและน้ำกระด้าง แต่ความคงตัวภายใต้สภาวะกรดจะอ่อนกว่าซัลโฟเนตทั่วไปและใกล้เคียงกับ AES อุณหภูมิในการให้ความร้อนในระยะยาวไม่ควรเกิน 95°C มีฤทธิ์ระคายเคืองปานกลางในกลุ่มสารลดแรงตึงผิว สารละลาย 10% มีดัชนีการระคายเคือง 3.3 สูงกว่า AES และต่ำกว่า LAS โดยมีค่า LD50 เท่ากับ 1300 มก./กก.
AES ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแชมพู สบู่เหลวอาบน้ำ น้ำยาล้างจาน และผงซักฟอก ในการใช้งานจริง ค่า pH ควรปรับให้เป็นกลางหรือเป็นด่างอ่อนๆ ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หากมาตรฐานคุณภาพ pH ที่เกี่ยวข้องอนุญาต เมื่อต้องใช้ AES ในสภาวะ pH ต่ำ เช่น ในแชมพู มักจะใช้ในรูปเกลือเอทานอลอะมีน AES มีความสามารถในการละลายน้ำได้ดีกว่า AS และสามารถนำมาผสมเป็นสารละลายใสในน้ำได้ในสัดส่วนใดก็ได้ที่อุณหภูมิห้อง เมื่อเทียบกับ LAS แล้ว AES มีการใช้งานที่กว้างกว่าในผงซักฟอกเหลวและมีความเข้ากันได้ดีกว่า สามารถผสมกับสารลดแรงตึงผิวหลายชนิดในแบบผสมสองชนิดหรือหลายชนิดเพื่อสร้างสารละลายใสในน้ำ ในบรรดาสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ AES อยู่ในอันดับที่สามในด้านปริมาณการผลิต โดยมีราคาต่ำกว่า AS ราคาของ AES 70% อยู่ที่ 8500 หยวนต่อตันในปี 2545 ข้อดีที่โดดเด่น ได้แก่ การระคายเคืองต่ำ ความสามารถในการละลายน้ำที่ดีเยี่ยม ความเข้ากันได้ดี และมีประสิทธิภาพอย่างมากในการป้องกันผิวแห้งและหยาบกร้าน ข้อเสียหลักของผลิตภัณฑ์นี้คือความไม่เสถียรในสภาวะที่เป็นกรด ซึ่งจำเป็นต้องรักษาระดับ pH ให้สูงกว่า 4 มาก และประสิทธิภาพในการทำความสะอาดก็อ่อนกว่า LAS และ AS
เมื่อใช้ AS ในผงซักฟอกเหลว ต้องควบคุมค่า pH เพื่อหลีกเลี่ยงความเป็นกรดมากเกินไป เกลือเอทานอลอะมีนหรือเกลือแอมโมเนียมของ AS จำเป็นสำหรับการใช้ในแชมพูและสบู่เหลว การใช้เกลือเอทานอลอะมีนไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความคงตัวในการต้านทานกรด แต่ยังช่วยลดการระคายเคืองด้วย โดยดัชนีการระคายเคืองของสารละลายเกลือไตรเอทานอลอะมีน 10% อยู่ที่ 3.0 AS ไม่ค่อยได้ใช้ในน้ำยาล้างจาน และไม่ค่อยได้ใช้เป็นสารลดแรงตึงผิวหลักในปริมาณน้อยในสูตร เนื่องจากไม่เอื้อต่อการลดต้นทุนผลิตภัณฑ์ และผลิตภัณฑ์ดังกล่าวแทบไม่มีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการเกิดฟอง AS อยู่ในอันดับที่ห้าของการผลิตสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ มีราคาค่อนข้างสูง โดยในรูปแบบผงมีราคาอยู่ที่ 15,000 หยวนต่อตันในปี 2545 นอกเหนือจากความสามารถในการเกิดฟองที่โดดเด่นและประสิทธิภาพการทำความสะอาดที่แข็งแกร่งแล้ว AS ยังด้อยกว่า AES ในด้านประสิทธิภาพการใช้งานส่วนใหญ่ เช่น ความคงตัวในการต้านทานกรดที่ด้อยกว่าเล็กน้อย และการระคายเคืองที่ค่อนข้างสูงกว่า (ต่ำกว่า LAS เท่านั้น) และยังมีราคาสูงที่สุดในบรรดาสารลดแรงตึงผิวประจุลบแบบดั้งเดิมอีกด้วย
สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุหลักๆ ได้แก่ อัลคิลอลาไมด์ (FFA), โพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ของแอลกอฮอล์ไขมัน (AE) และอัลคิลฟีนอลโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ (APE หรือ OP) สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม เช่น การละลาย การทำความสะอาด ประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิต การระคายเคืองต่ำ และความสามารถในการกระจายสบู่มะนาว มีช่วง pH ที่ใช้งานได้กว้างกว่าสารลดแรงตึงผิวชนิดมีประจุทั่วไป และมีประสิทธิภาพเหนือกว่าสารลดแรงตึงผิวชนิดประจุลบในคุณสมบัติส่วนใหญ่ ยกเว้นการทำความสะอาดและความสามารถในการเกิดฟอง การทดลองพิสูจน์แล้วว่าการเติมสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุในปริมาณเล็กน้อยลงในระบบสารลดแรงตึงผิวชนิดมีประจุสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานโดยรวมของพื้นผิวได้เมื่อเปรียบเทียบภายใต้ปริมาณสารออกฤทธิ์ที่เท่ากัน
อัลคิลอลาไมด์เป็นสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุที่มีประสิทธิภาพสูง ใช้กันอย่างแพร่หลายและนิยมใช้ในผงซักฟอกเหลวหลายชนิด คุณสมบัติหลักของอัลคิลอลาไมด์ที่ใช้ในผงซักฟอกเหลวคือ อัตราส่วน 2:1 และ 1.5:1 และยังมีอัตราส่วน 1:1 ให้เลือกใช้ด้วย คุณสมบัติทั้งสามแบบนี้แตกต่างกันอย่างมากในด้านความสามารถในการละลายในน้ำและคุณสมบัติในการเพิ่มความหนืด โดยทั่วไปแล้ว อัตราส่วน 1.5:1 มีประสิทธิภาพโดยรวมปานกลางและใช้กันอย่างแพร่หลายในน้ำยาล้างจาน ส่วนอัตราส่วน 1:1 นั้นละลายได้ง่ายก็ต่อเมื่อผสมกับสารลดแรงตึงผิวที่ละลายน้ำได้ชนิดอื่น อัลคิลอลาไมด์เหมาะสำหรับผงซักฟอกที่เป็นด่าง และยังสามารถใช้ในผงซักฟอกที่เป็นกรดอ่อนได้ด้วย
ในบรรดาสารลดแรงตึงผิวที่ไม่เป็นไอออนทั้งหมด อัลคิลอลาไมด์เป็นสารที่มีต้นทุนคุ้มค่าที่สุด โดยมีราคา 7,800 หยวนต่อตันในปี 2545 มีการใช้ในผงซักฟอกเหลวบ่อยกว่าโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ของแอลกอฮอล์ไขมัน และยังเป็นสารลดแรงตึงผิวที่ไม่เป็นไอออนหลักที่ใช้ในแชมพูด้วย เหตุผลหลักมีดังนี้: แอลกอฮอล์ไขมัน (FFA) มีคุณสมบัติที่ครอบคลุมและเหนือกว่าอัลคิลอลาไมด์ (AE); FFA มีราคาถูกกว่า; FFA มีความสามารถในการละลายที่ดีกว่า; และ FFA มีประสิทธิภาพในการสร้างฟองที่แรงกว่าเมื่อเทียบกับ AE
4. สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริก
สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริก คือสารลดแรงตึงผิวที่มีทั้งหมู่ไฮโดรฟิลิกประจุลบและประจุบวก ดังนั้นจึงแสดงคุณสมบัติประจุบวกในสารละลายกรด คุณสมบัติประจุลบในสารละลายด่าง และคุณสมบัติคล้ายกับสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุในสารละลายที่เป็นกลาง
สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริกละลายได้ง่ายในน้ำ สารละลายกรดและด่างเข้มข้น และแม้แต่สารละลายเกลืออนินทรีย์เข้มข้น มีคุณสมบัติทนต่อความกระด้างของน้ำได้ดีเยี่ยม ระคายเคืองผิวน้อย ปรับผ้านุ่มได้ดี มีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตที่โดดเด่น และมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่ดีเยี่ยม อีกทั้งยังเข้ากันได้ดีกับสารลดแรงตึงผิวประเภทต่างๆ
ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวสามารถใช้งานได้ในช่วง pH ที่กว้าง เนื่องจากสถานะไอออนิกของพวกมันภายใต้สภาวะกรด-เบสที่แตกต่างกัน จึงให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่าในสภาวะกรดและเป็นกลางมากกว่าในสภาวะด่าง โดยทั่วไปแล้ว สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริกจะมีราคาแพงกว่าสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีไอออนิก
สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริกที่สำคัญและพบได้ทั่วไป ได้แก่ โดเดซิลไดเมทิลเบทาอีน และอิมิดาโซลีนชนิดคาร์บอกซิเลต เมื่อเปรียบเทียบกับสารลดแรงตึงผิวแบบประจุลบ สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุมีคุณสมบัติที่ครอบคลุมมากกว่าและมีข้อเสียน้อยกว่า โดยด้อยกว่าเพียงในด้านความสามารถในการชำระล้างและการเกิดฟองเท่านั้น เมื่อเปรียบเทียบกับสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริกมีคุณสมบัติที่เหนือกว่าในบางด้านและเทียบเท่าในด้านอื่นๆ
สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริกมีพลังในการสร้างฟองที่แรงกว่าสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุทั่วไป (ในขณะที่สารลดแรงตึงผิวแบบ AE มีประสิทธิภาพในการสร้างฟองต่ำ) มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุและแบบประจุลบ และมีผลในการปรับสภาพผิวที่ดีกว่า ด้วยเหตุนี้ ในผงซักฟอกเหลว สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริกจึงถูกนำมาใช้เป็นหลักในแชมพู ตามด้วยผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดผิว เช่น สบู่เหลวอาบน้ำ
สารลดแรงตึงผิวประจุบวกชนิดทั่วไป ได้แก่ เซทิลไดเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ (1631), ออกตาเดซิลไตรเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ (1831), กัวร์กัมประจุบวก (C-14S), แพนทีนอลประจุบวก, น้ำมันซิลิโคนประจุบวก, โดเดซิลไดเมทิลอะมีนออกไซด์ (OB-2) และอื่นๆ
ในผงซักฟอกชนิดเหลว สารลดแรงตึงผิวประจุบวกทำหน้าที่เป็นสารลดแรงตึงผิวเสริมและส่วนผสมปรับสภาพผิว โดยใช้ในปริมาณน้อยในสูตร โดยทั่วไปจะใช้ในผลิตภัณฑ์ระดับพรีเมียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแชมพู สารลดแรงตึงผิวประจุบวกไม่สามารถผสมโดยตรงกับสารลดแรงตึงผิวประจุลบได้ แม้ว่าการผสมผสานระหว่างสารลดแรงตึงผิวประจุบวกและประจุลบอาจให้ผลลัพธ์ที่เหมาะสม แต่ก็มีความเสี่ยงสูงต่อการตกตะกอนและการตกผลึก
มีการใช้สารลดแรงตึงผิวประจุบวกหลากหลายชนิดในแชมพู โดยมีอัตราการใช้งานที่แตกต่างกันไป หมายความว่าไม่มีชนิดใดชนิดหนึ่งหรือสองชนิดที่ถูกนำมาใช้เป็นหลัก และมักถูกผสมลงในผลิตภัณฑ์ปรับสภาพผมสำเร็จรูปด้วย สารลดแรงตึงผิวประจุบวกคิดเป็นสัดส่วนเล็กน้อยในปริมาณสารลดแรงตึงผิวทั้งหมด และโดยทั่วไปจะมีราคาแพงกว่าสารลดแรงตึงผิวประเภทอื่นๆ
เมื่อเปรียบเทียบกับสารลดแรงตึงผิวประเภทอื่น สารลดแรงตึงผิวประจุบวกมีประสิทธิภาพในการปรับสภาพผิวและมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่โดดเด่นที่สุด แม้จะมีข้อเสีย เช่น ประสิทธิภาพในการทำความสะอาดต่ำ ฟองน้อย ความเข้ากันได้ไม่ดี ระคายเคืองสูง และมีราคาสูง แต่ก็เป็นสารลดแรงตึงผิวที่ขาดไม่ได้ในฐานะส่วนประกอบในการปรับสภาพผิวในผงซักฟอกและแชมพูคุณภาพสูง ที่สำคัญคือ สารลดแรงตึงผิวประจุบวกสามารถใช้ได้เฉพาะเป็นส่วนประกอบในการปรับสภาพผิวหรือสารฆ่าเชื้อแบคทีเรียเท่านั้น
วันที่เผยแพร่: 21 พฤษภาคม 2569