Μετάβαση στο περιεχόμενο

Επιφανειοδραστικά

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Σχηματικό διάγραμμα ενός μικκυλίου ελαίου σε υδατικό εναιώρημα, όπως μπορεί να συμβεί σε ένα γαλάκτωμα ελαίου σε νερό. Σε αυτό το παράδειγμα, οι ελαιοδιαλυτές ουρές των μορίων επειφανειοδραστικού προεξέχουν στο λάδι (γαλάζιο), ενώ τα υδατοδιαλυτά άκρα παραμένουν σε επαφή με την υδατική φάση (κόκκινο).

Η αγγλική λέξη "surfactant" είναι μία ανάμειξη των surface-active agent. Τα επιφανειοδραστικά ή τασιενεργά (surfactant) είναι χημικές ενώσεις που μειώνουν την επιφανειακή τάση ή τη διεπιφανειακή τάση μεταξύ δύο υγρών, ενός υγρού και ενός αερίου ή ενός υγρού και ενός στερεού.,[1] που επινοήθηκε περίπου το 1950. Δεδομένου ότι αποτελούνται από ένα υδρόφοβο και ένα υδρόφιλο μέρος, επιτρέπουν την ανάμειξη νερού και λαδιού. Μπορούν να σχηματίσουν αφρό και να διευκολύνουν την αποκόλληση της βρωμιάς. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες είναι από τις πιο διαδεδομένες και εμπορικά σημαντικές χημικές ουσίες. Τα ιδιωτικά νοικοκυριά καθώς και πολλές βιομηχανίες τις χρησιμοποιούν σε μεγάλες ποσότητες ως απορρυπαντικά και καθαριστικά, αλλά και για παράδειγμα ως γαλακτωματοποιητές, παράγοντες διαβροχής (wetting agents), παράγοντες αφρισμού (foaming agents), αντιστατικά πρόσθετα ή μέσα διασποράς (dispersants). Τα επιφανειοδραστικά υπάρχουν στη φύση σε παραδοσιακά απορρυπαντικά φυτικής προέλευσης, π.χ. αγριοκαστανιάς ή σαπουνόκαρπων (soap nuts). Μπορούν επίσης να βρεθούν στις εκκρίσεις ορισμένων κάμπιων. Σήμερα τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα επιφανειοδραστικά, κυρίως ανιονικά γραμμικά αλκυλοβενζολοθειικά (alkylbenzene sulfates, LAS), παράγονται από πετρελαϊκά προϊόντα. Ωστόσο, οι επιφανειοδραστικές ουσίες παράγονται (και πάλι) όλο και περισσότερο εν όλω ή εν μέρει από ανανεώσιμες πηγές βιομάζας, όπως ζάχαρη, λιπαρές αλκοόλες από φυτικά έλαια, παραπροϊόντα παραγωγής βιοκαυσίμων ή άλλα βιογενή υλικά.[2]

Ταξινόμηση

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι περισσότερες επιφανειοδραστικές ουσίες είναι οργανικές ενώσεις με υδρόφιλες κεφαλές και υδρόφοβες ουρές. Οι κεφαλές των επιφανειοδραστικών είναι πολικές και μπορεί να φέρουν ή όχι ηλεκτρικό φορτίο. Οι "ουρές" των περισσότερων επιφανειοδραστικών ουσιών είναι αρκετά παρόμοιες, αποτελούμενες από μια αλυσίδα υδρογονάνθρακα, η οποία μπορεί να είναι διακλαδισμένη, γραμμική ή αρωματική. Τα φθοροεπιφανειοδραστικά έχουν αλυσίδες φθορανθράκων. Τα επιφανειοδραστικά σιλοξάνης έχουν αλυσίδες σιλοξάνης. Πολλά σημαντικά επιφανειοδραστικά περιλαμβάνουν μια αλυσίδα πολυαιθέρα που καταλήγει σε μια πολύ πολική ανιονική ομάδα. Οι ομάδες πολυαιθέρα περιλαμβάνουν συχνά αιθοξυλιωμένες αλληλουχίες που εισάγονται για να αυξήσουν τον υδρόφιλο χαρακτήρα ενός επιφανειοδραστικού. Τα οξείδια του πολυπροπυλενίου, αντίθετα, μπορούν να εισαχθούν για να αυξήσουν τον λιπόφιλο χαρακτήρα ενός επιφανειοδραστικού. Τα μόρια επιφανειοδραστικών έχουν είτε μία ουρά είτε δύο. Όσα έχουν δύο ουρές λέγεται ότι είναι διπλής αλυσίδας.[3]

Ταξινόμηση επιφανειοδραστικών ουσιών ανάλογα με τη σύσταση της κεφαλής τους: μη ιονικά, ανιονικά, κατιονικά, αμφοτερικά.

Συνηθέστερα, οι επιφανειοδραστικές ουσίες ταξινομούνται σύμφωνα με την ομάδα πολικής κεφαλής. Ένα "μη ιονικό" επιφανειοδραστικό δεν έχει φορτισμένες ομάδες στην κεφαλή του. Η κεφαλή ενός ιοντικού επιφανειοδραστικού φέρει ένα καθαρό θετικό ή αρνητικό φορτίο. Εάν το φορτίο είναι αρνητικό, το επιφανειοδραστικό ονομάζεται πιο συγκεκριμένα ανιονικό. Εάν το φορτίο είναι θετικό, ονομάζεται κατιονικό. Εάν ένα επιφανειοδραστικό περιέχει μια κεφαλή με δύο αντίθετα φορτισμένες ομάδες, ονομάζεται αμφιτεριόν, ή αμφοτερικό. Τα συνήθως εμφανιζόμενα επιφανειοδραστικά κάθε τύπου περιλαμβάνουν:

Ανιονικά: θειικά, σουλφονικά και φωσφορικά, καρβοξυλικά παράγωγα

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι ανιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες περιέχουν ανιονικές χαρακτηριστικές ομάδες στη κεφαλή τους, όπως θειικές, σουλφονικές, φωσφορικές και καρβοξυλικές. Τα σημαντικότερα αλκυλοθειικά περιλαμβάνουν το λαυρυλοθειικό αμμώνιο (ammonium lauryl sulfate), λαυρυλοθειικό νάτριο (sodium lauryl sulfate, SLS), δωδεκυλοθειικό νάτριο (sodium dodecyl sulfate, SDS) και τους σχετικούς θειικούς αλκυλ-αιθέρες λαυρυλοθειικό νάτριο (λαουρυλο αιθεροθειικό νάτριο (sodium lauryl ether sulfate, SLES)), και το sodium myreth sulfate. Άλλα περιλαμβάνουν:

  • Αλκυλοβενζολοσουλφονικά
  • Υπερφθοροοκτανοσουλφονικά (Perfluorooctanesulfonate, PFOS)
  • Υπερφθοροβουτανεσουλφονικά
  • Φωσφορικούς αλκυλ-αρυλαιθέρες
  • Φωσφορικούς αλκυλαιθέρες

Τα καρβοξυλικά είναι τα πιο κοινά επιφανειοδραστικά και περιλαμβάνουν τα καρβοξυλικά άλατα (σάπωνες), όπως το στεατικό νάτριο. Πιο εξειδικευμένα είδη περιλαμβάνουν λαυροϋλοσαρκοσινικό νάτριο και φθοριοεπιφανειοδραστικά με βάση τα καρβοξυλικά όπως υπερφθορονονανοϊκό (perfluorononanoate), υπερφθοροοκτανοϊκό (perfluorooctanoate, PFOA ή PFO).

Κατιονικές ομάδες κεφαλών

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πρωτοταγείς, δευτεροταγείς ή τριτοταγείς αμίνες που εξαρτώνται από το pH. Οι πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αμίνες φορτίζονται θετικά σε pH < 10:[4] διυδροχλωρική οκτενιδίνη (octenidine dihydrochloride). Μόνιμα φορτισμένα άλατα τεταρτοταγούς αμμωνίου: βρωμιούχο σετριμώνιο (cetrimonium bromide, CTAB), χλωριούχο κετυλοπυριδίνιο (cetylpyridinium chloride, CPC), χλωριούχο βενζαλκόνιο (benzalkonium chloride, BAC), χλωριούχο βενζεθόνιο (benzethonium chloride, ΒΖΤ), χλωριούχο διμεθυλοδιοκταδεκυλαμμώνιο (dimethyldioctadecylammonium chloride) και βρωμιούχο δικταδεκυλδιμεθυλαμμώνιο (dioctadecyldimethylammonium bromide, DODAB).

Αμφιτεριονικές δραστικές ομάδες

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα επιφανειοδραστικά αμφιτεριονικά (αμφολυτικά) έχουν τόσο κατιονικά όσο και ανιονικά κέντρα συνδεδεμένα στο ίδιο μόριο. Το κατιονικό μέρος βασίζεται σε πρωτογενείς, δευτερογενείς, ή τριτοταγείς αμίνες ή τεταρτοταγή κατιόντα αμμωνίου. Το ανιονικό μέρος μπορεί να είναι πιο μεταβλητό και να περιλαμβάνει σουλφονικά, όπως στις σουλταΐνες (sultaines), απορρυπαντικά CHAPS, (3-[(3-χολαμιδοπροπυλ)διμεθυλαμμωνιο]-1-προπανοσουλφονικά) και κοκαμιδοπροπυλ υδροξυσουλταΐνες. Βηταΐνες όπως η κοκαμιδοπροπυλ βεταΐνη έχουν ένα καρβοξυλικό με το αμμώνιο. Οι πιο κοινές βιολογικές αμφιτεριονικές επιφανειοδραστικές ουσίες έχουν ένα φωσφορικό ανιόν με μια αμίνη ή αμμώνιο, όπως τα φωσφολιπίδια, φωσφατιδυλοσερίνη, φωσφατιδυλαιθανολαμίνη, φωσφατιδυλοχολίνη, και σφιγγομυελίνες. Το οξείδιο λαυρυλδιμεθυλαμίνης (Lauryldimethylamine oxide) και το οξείδιο μυρισταμίνης (myristamine oxide) είναι δύο κοινώς χρησιμοποιούμενα αμφιτεριονικά επιφανειοδραστικά του τριτογενούς δομικού τύπου αμινοξειδίου.

Μη ιονικά

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα μη ιονικά επιφανειοδραστικά έχουν ομοιοπολικά συνδεδεμένες υδρόφιλες ομάδες που περιέχουν οξυγόνο, οι οποίες συνδέονται με υδρόφοβες μητρικές δομές. Η υδατοδιαλυτότητα των ομάδων οξυγόνου είναι αποτέλεσμα δεσμών υδρογόνου. Ο δεσμός υδρογόνου μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και η υδατοδιαλυτότητα των μη ιονικών επιφανειοδραστικών μειώνεται επομένως με την αύξηση της θερμοκρασίας. Τα μη ιονικά επιφανειοδραστικά είναι λιγότερο ευαίσθητα στη σκληρότητα του νερού από τα ανιονικά επιφανειοδραστικά και αφρίζουν λιγότερο έντονα. Οι διαφορές μεταξύ των επιμέρους τύπων μη ιονικών επιφανειοδραστικών είναι μικρές και η επιλογή διέπεται κυρίως λαμβάνοντας υπόψη το κόστος των ειδικών ιδιοτήτων (π.χ. αποτελεσματικότητα και αποδοτικότητα, τοξικότητα, δερματολογική συμβατότητα, τη βιοαποδομησιμότητα, ή την άδεια για χρήση σε τρόφιμα.[5]

Αιθοξυλικά

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Αιθοξυλικές λιπαρές αλκοόλες
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  • Αιθοξυλικό στενού εύρους (Narrow-range ethoxylate)
  • Μονοδωδεκυλαιθέρας οκτααιθυλενογλυκόλης (Octaethylene glycol monododecyl ether)
  • Μονοδωδεκυλαιθέρας πεντααιθυλενογλυκόλης (Pentaethylene glycol monododecyl ether)
Αιθοξυλικές αλκυλοφαινόλες (Alkylphenol ethoxylates APEs ή APEOs)
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  • Νονοξυνόλες (Nonoxynols)
  • Triton X-100
Αιθοξυλικά λιπαρά οξέα
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα αιθοξυλικά λιπαρά οξέα είναι μια κατηγορία πολύ ευέλικτων επιφανειοδραστικών, τα οποία συνδυάζουν σε ένα μόνο μόριο τα χαρακτηριστικά μιας ασθενώς ανιονικής ομάδας κεφαλής που αποκρίνεται στο pH με την παρουσία μονάδων αιθυλενοξειδίου που ανταποκρίνονται στη σταθεροποίηση και στη θερμοκρασία.[6]

Ειδικοί αιθοξυλιωμένοι λιπαροί εστέρες και έλαια
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Αιθοξυλιωμένες αμίνες και/ή αμίδια λιπαρών οξέων
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  • Πολυαιθοξυλιωμένες αμίνες στέατος
  • Κοκαμίδιο μονοαιθανολαμίνης
  • κοκκαμίδιο διαιθανολαμίνης (Cocamide diethanolamine)
Τερματικά μπλοκαρισμένα αιθοξυλικά
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  • Πολοξαμερή (Poloxamers)

Εστέρες λιπαρών οξέων πολυυδροξυ ενώσεων

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Εστέρες λιπαρών οξέων της γλυκερίνης
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  • Μονοστεατική γλυκερίνη
  • Μονολαυρική γλυκερίνη
Εστέρες λιπαρών οξέων της σορβιτόλης
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Spans:

  • Μονολαυρική σορβιτάνη
  • Μονοστεατική σορβιτάνη
  • Τριστεατική σορβιτάνη

Πολυσορβικά (Tweens):

  • Tween 20
  • Tween 40
  • Tween 60
  • Tween 80
Εστέρες λιπαρών οξέων σακχαρόζης
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Αλκυλο πολυγλυκοζίτες
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  • Δεκυλογλυκοζίτης
  • Λαυρυλογλυκοζίτης
  • Οκτυλογλυκοζίτης

Άλλες ταξινομήσεις

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Επιφανειοδραστικό με βάση δίδυμα αμινοξέα (Gemini) (με βάση κυστεΐνη)
  • Τα επιφανειοδραστικά με βάση αμινοξέα είναι επιφανειοδραστικά που προέρχονται από ένα αμινοξύ. Οι ιδιότητές τους ποικίλλουν και μπορεί να είναι είτε ανιονικές, κατιονικές ή αμφιτεριονικές, ανάλογα με το αμινοξύ που χρησιμοποιείται και ποιο μέρος του αμινοξέος συμπυκνώνεται με την αλυσίδα αλκυλίου/αρυλίου.[7]
  • Τα δίδυμα επιφανειοδραστικά (Gemini) αποτελούνται από δύο μόρια επιφανειοδραστικών συνδεδεμένων μεταξύ τους στις ή κοντά στις ομάδες κεφαλής τους. Σε σύγκριση με τα μονομερή επιφανειοδραστικά, έχουν πολύ χαμηλότερες κρίσιμες συγκεντρώσεις μικκυλίων.[7]

Σύνθεση και δομή

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Σχηματικό διάγραμμα ενός μικκυλίου – οι λιπόφιλες ουρές των επιφανειοδραστικών ιόντων παραμένουν μέσα στο λάδι, επειδή αλληλεπιδρούν πιο έντονα με το λάδι παρά με το νερό. Οι πολικές "κεφαλές" των επιφανειοδραστικών μορίων που επικαλύπτουν το μικκύλιο αλληλεπιδρούν πιο έντονα με το νερό, έτσι σχηματίζουν ένα υδρόφιλο εξωτερικό στρώμα που σχηματίζει ένα φράγμα μεταξύ των μικκυλίων. Αυτό εμποδίζει τα σταγονίδια ελαίου, τους υδρόφοβους πυρήνες των μικκυλίων, να συγχωνευθούν σε λιγότερα, μεγαλύτερα σταγονίδια (σπάσιμο του γαλακτώματος) του μικκυλίου. Οι ενώσεις που επικαλύπτουν ένα μικκύλιο είναι τυπικά αμφιφιλικές στη φύση, που σημαίνει ότι τα μικκύλια μπορεί να είναι σταθερά είτε ως σταγονίδια απρωτικών διαλυτών όπως λάδι σε νερό, είτε ως πρωτικοί διαλύτες όπως νερό σε λάδι. Όταν το σταγονίδιο είναι απρωτικό, μερικές φορές είναι γνωστό ως αντίστροφο μικκύλιο.

Τα επιφανειοδραστικά είναι συνήθως οργανικές ενώσεις που είναι παρόμοιες με αμφίφιλα, που σημαίνει ότι αυτό το μόριο, όντας ως διπλός παράγοντας, περιέχει το καθένα μια υδρόφιλη ομάδα αναζήτησης νερού (την κεφαλή), και μια υδρόφοβη ομάδα αποφυγής του νερού (η ουρά).[8] Ως αποτέλεσμα, ένα επιφανειοδραστικό περιέχει τόσο ένα υδατοδιαλυτό συστατικό όσο και ένα αδιάλυτο στο νερό συστατικό. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες διαχέονται στο νερό και προσροφώνται στις διεπαφές μεταξύ αέρα και νερού ή στη διεπαφή μεταξύ λαδιού και νερού στην περίπτωση που το νερό αναμιγνύεται με λάδι. Η αδιάλυτη στο νερό υδρόφοβη ομάδα μπορεί να επεκταθεί έξω από τη φάση του όγκου νερού σε μια μη υδάτικη φάση όπως η φάση αέρα ή ελαίου, ενώ η υδατοδιαλυτή κεφαλή της ομάδα παραμένει δεσμευμένη στην υδατική φάση. Η υδρόφοβη ουρά μπορεί να είναι είτε λιπόφιλη, είτε λιπόφοβη ανάλογα με τη χημεία της. Οι υδρογονανθρακικές ομάδες είναι συνήθως λιπόφιλες, για χρήση σε σαπούνια και απορρυπαντικά, ενώ οι φθορανθρακικές ομάδες είναι λιπόφοβες, για χρήση σε απώθηση λεκέδων ή για μείωση της επιφανειακής τάσης. Η παγκόσμια παραγωγή επιφανειοδραστικών ουσιών υπολογίζεται σε 15 εκατομμύρια τόνους ετησίως, από τους οποίους περίπου οι μισοί είναι σαπούνια. Άλλα επιφανειοδραστικά που παράγονται σε ιδιαίτερα μεγάλη κλίμακα είναι τα γραμμικά αλκυλοβενζολοσουλφονικά (1,7 εκατομμύρια τόνοι/έτος), οι σουλφονικές λιγνίνεs (600.000 τόνοι/έτος), αιθοξυλικές λιπαρές αλκοόλες (700.000 τόνοι/έτος), και οι αιθοξυλικές αλκυλοφαινόλες (500.000 τόνοι/έτος).[5]

Στεατικό νάτριο, το πιο κοινό συστατικό των περισσότερων σαπουνιών, το οποίο περιλαμβάνει περίπου το 50% των εμπορικών επιφανειοδραστικών
Δωδεκυλοβενζολοσουλφονικό νάτριο
4-(5-Δωδεκυλο)βενζολοσουλφονικό, ένα γραμμικό δωδεκυλοβενζολοσουλφονικό, ένα από τα πιο κοινά επιφανειοδραστικά

Δομή επιφανειοδραστικών φάσεων στο νερό

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στη χύδην υδατική φάση, τα επιφανειοδραστικά σχηματίζουν συσσωματώματα, όπως μικκύλια, όπου οι υδρόφοβες ουρές σχηματίζουν τον πυρήνα του συσσωματώματος και οι υδρόφιλες κεφαλές έρχονται σε επαφή με το περιβάλλον υγρό. Μπορούν επίσης να σχηματιστούν και άλλοι τύποι συσσωματωμάτων, όπως σφαιρικά ή κυλινδρικά μικκύλια ή λιπιδικές διπλοστιβάδες. Το σχήμα των συσσωμάτων εξαρτάται από τη χημική δομή των επιφανειοδραστικών ουσιών, δηλαδή την ισορροπία μεγέθους μεταξύ της υδρόφιλης κεφαλής και της υδρόφοβης ουράς. Ένα μέτρο αυτού είναι η υδρόφιλη-λιπόφιλη ισορροπία (hydrophilic-lipophilic balance, HLB). Τα επιφανειοδραστικά μειώνουν την επιφανειακή τάση του νερού με προσρόφηση στη διεπαφή υγρού-αέρα. Η σχέση που συνδέει την επιφανειακή τάση και την επιφανειακή περίσσεια είναι γνωστή ως ισόθερμη Gibbs.

Δυναμική επιφανειοδραστικών στις διεπαφές

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η δυναμική της προσρόφησης επιφανειοδραστικών είναι μεγάλης σημασίας για πρακτικές εφαρμογές όπως σε διεργασίες αφρισμού, γαλακτωματοποίησης ή επίστρωσης, όπου δημιουργούνται γρήγορα φυσαλίδες ή σταγόνες και πρέπει να σταθεροποιηθούν. Η δυναμική της απορρόφησης εξαρτάται από τον συντελεστή διάχυσης του επιφανειοδραστικού. Καθώς δημιουργείται η διεπαφή, η προσρόφηση περιορίζεται από τη διάχυση του επιφανειοδραστικού στη διεπαφή. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να υπάρχει ενεργητικός φραγμός στην προσρόφηση ή την εκρόφηση του επιφανειοδραστικού. Εάν ένα τέτοιο εμπόδιο περιορίζει τον ρυθμό προσρόφησης, η δυναμική λέγεται ότι είναι 'κινητικά περιορισμένη'. Τέτοια ενεργειακά εμπόδια μπορεί να οφείλονται σε στερεοχημικές ή ηλεκτροστατικές απωθήσεις. Η ρεολογία επιφανείας των επιφανειοδραστικών στρωμάτων, συμπεριλαμβανομένης της ελαστικότητας και του ιξώδους της στρώσης, διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη σταθερότητα των αφρών και των γαλακτωμάτων.

Χαρακτηρισμός διεπαφών και επιφανειοδραστικών στρωμάτων

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η διεπιφανειακή και η επιφανειακή τάση μπορούν να χαρακτηριστούν με κλασικές μεθόδους όπως η αιώρηση ή η μέθοδος ταλαντευόμενης σταγόνας (spinning drop method) Οι δυναμικές επιφανειακές τάσεις, δηλαδή η επιφανειακή τάση σε συνάρτηση με το χρόνο, μπορούν να ληφθούν με τη συσκευή μέγιστης πίεσης φυσαλίδων (maximum bubble pressure apparatus) Η δομή των επιφανειοδραστικών στρωμάτων μπορεί να μελετηθεί με ελλειψομετρία ή ανακλαστικότητα ακτίνων Χ. Η επιφανειακή ρεολογία μπορεί να χαρακτηριστεί με τη μέθοδο ταλαντευόμενης σταγόνας ή με ρεόμετρα διατμητικής επιφάνειας, όπως ροόμετρο διατμητικής επιφάνειας διπλού κώνου, διπλού δακτυλίου ή μαγνητικής ράβδου.

Εφαρμογές

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα επιφανειοδραστικά παίζουν σημαντικό ρόλο ως καθαριστικά, διυγραντικά, διασκορπιστικά, γαλακτώματα, αφριστικά και αντιαφριστικά σε πολλές πρακτικές εφαρμογές και προϊόντα, όπως απορρυπαντικά, μαλακτικά υφασμάτων, λιπαντικά κινητήρα, γαλακτώματα, σαπούνια, βαφές , κολλές, μελάνια, αντιθαμβωτικά, κερί σκι, κεριά χιονοπέδιλων και χιονοσανίδας, απομελάνωση ανακυκλωμένου χαρτιού, σε επίπλευση, έκπλυση και ενζυματικές διεργασίες, και καθαρτικά. Επίσης αγροχημικά σκευάσματα όπως μερικά ζιζανιοκτόνα, εντομοκτόνα, βιοκτόνα και σπερματοκτόνα (νονοξυνόλη-9).[9] Προϊόντα προσωπικής περιποίησης όπως καλλυντικά, σαμπουάν, αφρόλουτρα, μαλακτικά μαλλιών και οδοντόκρεμες. Τα επιφανειοδραστικά χρησιμοποιούνται στην πυρόσβεση (για την παραγωγή "υγρού νερού" που εμποτίζεται πιο γρήγορα σε εύφλεκτα υλικά[10][11]) και αγωγούς. Τα αλκαλικά επιφανειοδραστικά πολυμερή χρησιμοποιούνται για να κάνουν διαθέσιμο το πετρέλαιο σε πετρελαιοπηγές. Τα επιφανειοδραστικά δρουν για να προκαλέσουν τη μετατόπιση του αέρα από τη μήτρα βαμβακερών επιθεμάτων και επιδέσμων, έτσι ώστε τα φαρμακευτικά διαλύματα να μπορούν να απορροφηθούν για εφαρμογή σε διάφορες περιοχές του σώματος. Ενεργούν επίσης για να απομακρύνουν τη βρωμιά και τα υπολείμματα με τη χρήση απορρυπαντικών στο πλύσιμο των πληγών[12] και μέσω της εφαρμογής φαρμακευτικών λοσιόν και εκνεφωμάτων στην επιφάνεια του δέρματος και των βλεννογόνων.[13] Τα επιφανειοδραστικά ενισχύουν την αποκατάσταση μέσω της πλύσης του εδάφους, της βιοαποκατάστασης και της φυτοαποκατάστασης.[14]

Απορρυπαντικά στη βιοχημεία και τη βιοτεχνολογία

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σε διάλυμα, τα απορρυπαντικά βοηθούν στη διαλυτοποίηση διαφόρων χημικών ειδών διασπώντας τα συσσωματώματα και ξεδιπλώνοντας τις πρωτεΐνες. Δημοφιλείς επιφανειοδραστικές ουσίες στο εργαστήριο βιοχημείας είναι το λαυρυλοθειικό νάτριο (sodium lauryl sulfate, SDS) και το βρωμιούχο κετυλοτριμεθυλαμμώνιο (cetyl trimethylammonium bromide, CTAB). Τα απορρυπαντικά είναι βασικά αντιδραστήρια για την εκχύλιση πρωτεΐνης με λύση των κυττάρων και των ιστών: Αποδιοργανώνουν τη λιπιδική διπλοστοιβάδα της μεμβράνης (SDS, Triton X-100, Triton X -114, CHAPS, DOC και NP-40), και διαλυτοποιούν τις πρωτεΐνες. Ηπιότερα απορρυπαντικά όπως οκτυλοθειογλυκοζίτης, οκτυλογλυκοζίτης, ή δωδεκυλομαλτοζίτης χρησιμοποιούνται για τη διαλυτοποίηση πρωτεϊνών μεμβράνης όπως ένζυμα και υποδοχείς χωρίς μετουσίωση τους. Το μη διαλυτοποιημένο υλικό συλλέγεται με φυγοκέντρηση ή άλλα μέσα. Για την ηλεκτροφόρηση, για παράδειγμα, οι πρωτεΐνες υποβάλλονται σε κλασική επεξεργασία με SDS για μετουσίωση των φυσικών τριτοταγών και τεταρτοταγών δομών, επιτρέποντας τον διαχωρισμό των πρωτεϊνών σύμφωνα με το μοριακό βάρος τους. Τα απορρυπαντικά έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την αποκυτταροποίηση οργάνων. Αυτή η διαδικασία διατηρεί μια μήτρα πρωτεϊνών που διατηρεί τη δομή του οργάνου και συχνά το μικροαγγειακό δίκτυο. Η διαδικασία έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για την προετοιμασία οργάνων όπως το ήπαρ και η καρδιά για μεταμόσχευση σε επίμυες.[15] Πνευμονικά επιφανειοδραστικά εκκρίνονται φυσικά από κύτταρα τύπου II πνευμονικών κυψελίδων σε θηλαστικά.

Προετοιμασία κβαντικής κουκκίδας

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα επιφανειοδραστικά χρησιμοποιούνται με κβαντικές κουκκίδες (quantum dots) προκειμένου να χειριστούν την ανάπτυξή τους,[16] τη συναρμολόγηση και τις ηλεκτρικές ιδιότητες, εκτός από τη μεσολάβηση των αντιδράσεων στις επιφάνειές τους. Η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη για το πώς τα επιφανειοδραστικά τακτοποιούνται στην επιφάνεια των κβαντικών κουκκίδων.[17]

Επιφανειοδραστικά σε μικρορευστά με βάση σταγονίδια

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι επιφανειοδραστικές ουσίες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στα μικρορευστά με βάση τα σταγονίδια στη σταθεροποίηση των σταγονιδίων και στην πρόληψη της σύντηξης των σταγονιδίων κατά την επώαση.[18]

Ετερογενής κατάλυση

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το υλικό τύπου Janus (Ιανός) χρησιμοποιείται ως ετερογενής καταλύτης που μοιάζει με επιφανειοδραστικό για τη σύνθεση του αδιπικού οξέος.[19]

Αυξημένη επιφανειακή τάση

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι παράγοντες που αυξάνουν την επιφανειακή τάση είναι επιφανειοδραστικοί με την κυριολεκτική έννοια, αλλά δεν ονομάζονται επιφανειοδραστικές ουσίες καθώς η επίδρασή τους είναι αντίθετη από την κοινή έννοια. Ένα συνηθισμένο παράδειγμα αύξησης της επιφανειακής τάσης είναι η εξαλάτωση: η προσθήκη ενός ανόργανου άλατος σε ένα υδατικό διάλυμα μιας ασθενώς πολικής ουσίας θα προκαλέσει την κατακρήμνιση της ουσίας. Η ουσία μπορεί να είναι η ίδια επιφανειοδραστική, κάτι που είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους πολλές επιφανειοδραστικά είναι αναποτελεσματικά στο θαλασσινό νερό.

Στη βιολογία

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Η φωσφατιδυλοχολίνη, που βρίσκεται στη λεκιθίνη, είναι μια διάχυτη βιολογική επιφανειοδραστική ουσία. Εμφανίζεται με κόκκινο – Χολίνη και φωσφορικά; μαύρο – γλυκερίνη; πράσινο – μονοακόρεστο λιπαρό οξύ; γαλάζιο –κορεσμένο λιπαρό.

Το ανθρώπινο σώμα παράγει διάφορα επιφανειοδραστικά. Τα πνευμονικά επιφανειοδραστικά παράγονται στους πνεύμονες προκειμένου να διευκολυνθεί η αναπνοή αυξάνοντας τη συνολική χωρητικότητα των πνευμόνων και τη συμμόρφωση των πνευμόνων. Σε σύνδρομο αναπνευστικής δυσχέρειας (respiratory distress syndrome, RDS), η θεραπεία αντικατάστασης επιφανειοδραστικών βοηθά τους ασθενείς να έχουν φυσιολογική αναπνοή χρησιμοποιώντας φαρμακευτικές μορφές των επιφανειοδραστικών. Ένα παράδειγμα φαρμακευτικής πνευμονικής επιφανειοδραστικής ουσίας είναι το Survanta (beractant) ή η γενική του μορφή Beraksurf, που παράγεται από τις Abbvie και Tekzima αντίστοιχα. Χολικά άλατα, επιφανειοδραστικά που παράγονται στο ήπαρ, παίζουν σημαντικό ρόλο στην πέψη.[20]

Κίνδυνοι για την ασφάλεια και το περιβάλλον

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα περισσότερα ανιονικά και μη ιονικά επιφανειοδραστικά είναι μη τοξικά, έχοντας μέση θανατηφόρο δόση (LD50) συγκρίσιμη με το επιτραπέζιο αλάτι. Η τοξικότητα των ενώσεων του τεταρτοταγούς αμμωνίου, που είναι αντιβακτηριακά και αντιμυκητιακά, ποικίλλει. Τα χλωριούχα διαλκυλδιμεθυλαμμώνια (DDAC, DSDMAC) που χρησιμοποιούνται ως μαλακτικά υφασμάτων έχουν υψηλή LD50 (5 g/kg) και είναι ουσιαστικά μη τοξικά, ενώ το απολυμαντικό χλωριούχο αλκυλοβενζυλδιμεθυλαμμώνιο έχει LD50 0,35 g/kg. Η παρατεταμένη έκθεση σε επιφανειοδραστικές ουσίες μπορεί να ερεθίσει και να βλάψει το δέρμα επειδή τα επιφανειοδραστικά διαταράσσουν τη λιπιδική μεμβράνη που προστατεύει το δέρμα και άλλα κύτταρα. Ο ερεθισμός του δέρματος αυξάνεται γενικά στη σειρά μη ιοντικά, αμφοτερικά, ανιονικά, κατιονικά επιφανειοδραστικά.[5] Τα επιφανειοδραστικά εναποτίθενται συνήθως με πολλούς τρόπους στο έδαφος και στα υδάτινα συστήματα, είτε ως μέρος μιας προβλεπόμενης διαδικασίας, είτε ως βιομηχανικά και οικιακά απόβλητα.[21][22][23] Τα ανιονικά επιφανειοδραστικά μπορούν να βρεθούν στα εδάφη ως αποτέλεσμα της εφαρμογής λυματολάσπης, της άρδευσης λυμάτων και των διαδικασιών αποκατάστασης. Οι σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις επιφανειοδραστικών ουσιών μαζί με πολυμέταλλα μπορεί να αντιπροσωπεύουν περιβαλλοντικό κίνδυνο. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, η εφαρμογή επιφανειοδραστικού είναι απίθανο να έχει σημαντική επίδραση στην κινητικότητα των ιχνοστοιχείων.[24][25] Στην περίπτωση της πετρελαιοκηλίδας του Deepwater Horizon, πρωτοφανείς ποσότητες Corexit ψεκάστηκαν απευθείας στον ωκεανό κατά τη διαρροή και στην επιφάνεια του θαλασσινού νερού. Η προφανής θεωρία ήταν ότι τα επιφανειοδραστικά απομονώνουν σταγονίδια ελαίου, καθιστώντας ευκολότερο για τα μικρόβια που καταναλώνουν πετρέλαιο να πέψουν το λάδι. Τα δραστικά συστατικά του Corexit είναι το διοκτυλ σουλφοηλεκτρικό νάτριο (dioctyl sodium sulfosuccinate, DOSS), η μονοελαϊκή σορβιτάνη (Span 80) και η πολυοξυαιθυλενιωμένη μονοελαϊκή σορβιτάνη (Tween-80).[26][27]

Βιοαποικοδόμηση

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Λόγω του όγκου των επιφανειοδραστικών ουσιών που απελευθερώνονται στο περιβάλλον, για παράδειγμα απορρυπαντικών πλυντηρίων ρούχων στα νερά, η βιοαποδόμησή τους παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον. Μεγάλη προσοχή προσελκύει η μη βιοαποδομησιμότητα και η ακραία ανθεκτικότητα των φθοροεπιφανειοδραστικών, π.χ. υπερφθοροκτανοϊκό οξύ (perfluorooctanoic acid, PFOA).[28] Οι στρατηγικές για την ενίσχυση της αποδόμησης περιλαμβάνουν την επεξεργασία με όζον και τη βιοαποδόμηση.[29][30] Δύο κύρια επιφανειοδραστικά, τα γραμμικά αλκυλοβενζολοσουλφονικά (LAS) και τα αλκυλοφαινολικό αιθοξυλικά (alkyl phenol ethoxylates, APE) διασπώνται υπό αερόβιες συνθήκες που βρίσκονται σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και στο έδαφος σε εννεϋλοφαινόλη (nonylphenol), η οποία θεωρείται ότι είναι ενδοκρινικός διαταράκτης (endocrine disruptor).[31][32] Το ενδιαφέρον για βιοαποδομήσιμα επιφανειοδραστικά έχει οδηγήσει σε μεγάλο ενδιαφέρον για τα βιοεπιφανειοδραστικά όπως αυτά που προέρχονται από αμινοξέα.[33] Οι επιφανειοδραστικές ουσίες με βάση τη βιομάζα μπορούν να προσφέρουν βελτιωμένη βιοαποικοδόμηση. Ωστόσο, εάν τα επιφανειοδραστικά βλάπτουν τα κύτταρα των ψαριών, ή προκαλούν βουνά αφρού σε υδάτινα σώματα εξαρτάται κυρίως από τη χημική τους δομή και όχι από το εάν ο άνθρακας που χρησιμοποιήθηκε αρχικά προήλθε από ορυκτές πηγές, διοξείδιο του άνθρακα ή βιομάζα.[2]

Παραπομπές

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  1. ↑ Rosen MJ, Kunjappu JT (2012). Surfactants and Interfacial Phenomena (4th έκδοση). Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. σελ. 1. ISBN 978-1-118-22902-6. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 8 Ιανουαρίου 2017. A surfactant (a contraction of surface-active agent) is a substance that, when present at low concentration in a system, has the property of adsorbing onto the surfaces or interfaces of the system and of altering to a marked degree the surface or interfacial free energies of those surfaces (or interfaces). 
  2. ↑ 2,0 2,1 «Biobased Surfactants Market Report: Market Analysis». Ceresana Market Research (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 5 Ιανουαρίου 2024. 
  3. ↑ «Surfactant | Defination, Classification, Properties & Uses». www.esteem-india.com (στα Αγγλικά). 
  4. ↑ Reich, Hans J. (2012). «Bordwell pKa Table (Acidity in DMSO)». University of Wisconsin. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 27 Δεκεμβρίου 2012. Ανακτήθηκε στις 2 Απριλίου 2013. 
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 Kurt Kosswig "Surfactants" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2005, Weinheim.
    doi:10.1002/14356007.a25_747
  6. ↑ Chiappisi, Leonardo (December 2017). «Polyoxyethylene alkyl ether carboxylic acids: An overview of a neglected class of surfactants with multiresponsive properties». Advances in Colloid and Interface Science 250: 79–94. doi:10.1016/j.cis.2017.10.001. PMID 29056232. 
  7. ↑ 7,0 7,1 Bordes, Romain; Holmberg, Krister (28 March 2015). «Amino acid-based surfactants – do they deserve more attention?». Advances in Colloid and Interface Science 222: 79–91. doi:10.1016/j.cis.2014.10.013. 
  8. ↑ «Bubbles, Bubbles, Everywhere, But Not a Drop to Drink». The Lipid Chronicles. 11 Νοεμβρίου 2011. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 26 Απριλίου 2012. Ανακτήθηκε στις 1 Αυγούστου 2012. 
  9. ↑ Paria, Santanu (2008). «Surfactant-enhanced remediation of organic contaminated soil and water». Advances in Colloid and Interface Science 138 (1): 24–58. doi:10.1016/j.cis.2007.11.001. PMID 18154747. 
  10. ↑ Better Than Water? How Wet Water Outperforms Regular Water in Firefighting
  11. ↑ Firefighters Turn to "Wet Water" to Fight Larger, More Complex Fires
  12. ↑ Percival, S.l.; Mayer, D.; Malone, M.; Swanson, T; Gibson, D.; Schultz, G. (2017-11-02). «Surfactants and their role in wound cleansing and biofilm management». Journal of Wound Care 26 (11): 680–690. doi:10.12968/jowc.2017.26.11.680. ISSN 0969-0700. PMID 29131752. 
  13. ↑ Mc Callion, O. N. M.; Taylor, K. M. G.; Thomas, M.; Taylor, A. J. (1996-03-08). «The influence of surface tension on aerosols produced by medical nebulisers». International Journal of Pharmaceutics 129 (1): 123–136. doi:10.1016/0378-5173(95)04279-2. ISSN 0378-5173. 
  14. ↑ Bolan, Shiv; Padhye, Lokesh P.; Mulligan, Catherine N.; Alonso, Emilio Ritore; Saint-Fort, Roger; Jasemizad, Tahereh; Wang, Chensi; Zhang, Tao και άλλοι. (2023-02-05). «Surfactant-enhanced mobilization of persistent organic pollutants: Potential for soil and sediment remediation and unintended consequences». Journal of Hazardous Materials 443: 130189. doi:10.1016/j.jhazmat.2022.130189. ISSN 0304-3894. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389422019835. 
  15. ↑ Wein, Harrison (28 Ιουνίου 2010). «Progress Toward an Artificial Liver Transplant – NIH Research Matters». National Institutes of Health (NIH). Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 5 Αυγούστου 2012. 
  16. ↑ Murray, C. B.; Kagan, C. R.; Bawendi, M. G. (2000). «Synthesis and Characterization of Monodisperse Nanocrystals and Close-Packed Nanocrystal Assemblies». Annual Review of Materials Research 30 (1): 545–610. doi:10.1146/annurev.matsci.30.1.545. Bibcode: 2000AnRMS..30..545M. 
  17. ↑ «Hydroxylation of the surface of PbS nanocrystals passivated with oleic acid». Science 344 (6190): 1380–4. June 2014. doi:10.1126/science.1252727. PMID 24876347. Bibcode: 2014Sci...344.1380Z. https://escholarship.org/uc/item/6p2408jt. Ανακτήθηκε στις 24 June 2019. 
  18. ↑ Baret, Jean-Christophe (2012-01-10). «Surfactants in droplet-based microfluidics» (στα αγγλικά). Lab on a Chip 12 (3): 422–433. doi:10.1039/C1LC20582J. ISSN 1473-0189. PMID 22011791. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/lc/c1lc20582j. Ανακτήθηκε στις 18 April 2020. 
  19. ↑ Vafaeezadeh, Majid; Wilhelm, Christian; Breuninger, Paul; Ernst, Stefan; Antonyuk, Sergiy; Thiel, Werner R. (2020-05-20). «A Janus‐type Heterogeneous Surfactant for Adipic Acid Synthesis» (στα αγγλικά). ChemCatChem 12 (10): 2695–2701. doi:10.1002/cctc.202000140. ISSN 1867-3880. 
  20. ↑ Maldonado-Valderrama, Julia; Wilde, Pete; MacIerzanka, Adam; MacKie, Alan (2011). «The role of bile salts in digestion». Advances in Colloid and Interface Science 165 (1): 36–46. doi:10.1016/j.cis.2010.12.002. PMID 21236400. 
  21. ↑ «Detecting the transport of toxic pesticides from golf courses into watersheds in the Precambrian Shield region of Ontario, Canada». Environ. Toxicol. Chem. 27 (4): 811–8. April 2008. doi:10.1897/07-216.1. PMID 18333674. 
  22. ↑ «Simultaneous analysis of cationic, anionic and neutral surfactants from different matrices using LC/MS/MS | SHIMADZU (Shimadzu Corporation)». www.shimadzu.com (στα Αγγλικά). Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 14 Νοεμβρίου 2021. Ανακτήθηκε στις 14 Νοεμβρίου 2021. 
  23. ↑ «Two formulations of the industrial surfactant, Toximul, differentially reduce mouse weight gain and hepatic glycogen in vivo during early development: effects of exposure to Influenza B Virus». Chemosphere 59 (2): 235–46. April 2005. doi:10.1016/j.chemosphere.2004.11.084. PMID 15722095. Bibcode: 2005Chmsp..59..235M. 
  24. ↑ «Mechanisms of enhanced mobilisation of trace metals by anionic surfactants in soil». Environ. Pollut. 159 (3): 809–16. March 2011. doi:10.1016/j.envpol.2010.11.009. PMID 21163562. 
  25. ↑ «Release of metals from metal-amended soil treated with a sulfosuccinamate surfactant: effects of surfactant concentration, soil/solution ratio, and pH». J. Environ. Qual. 39 (4): 1298–305. 2010. doi:10.2134/jeq2009.0242. PMID 20830918. 
  26. ↑ «European Maritime Safety Agency. Manual on the Applicability of Oil Dispersants; Version 2; 2009». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 5 Ιουλίου 2011. Ανακτήθηκε στις 19 Μαΐου 2017. 
  27. ↑ Committee on Effectiveness of Oil Spill Dispersants (National Research Council Marine Board) (1989). Using Oil Spill Dispersants on the Sea. National Academies Press. doi:10.17226/736. ISBN 978-0-309-03889-8. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 3 Ιανουαρίου 2019. Ανακτήθηκε στις 31 Οκτωβρίου 2015. 
  28. ↑ USEPA: "2010/15 PFOA Stewardship Program" Αρχειοθετήθηκε 27 October 2008 στο Wayback Machine. Accessed October 26, 2008.
  29. ↑ Rebello, Sharrel; Asok, Aju K.; Mundayoor, Sathish; Jisha, M. S. (2014). «Surfactants: Toxicity, remediation and green surfactants». Environmental Chemistry Letters 12 (2): 275–287. doi:10.1007/s10311-014-0466-2. 
  30. ↑ Ying, Guang-Guo (2006). «Fate, behavior and effects of surfactants and their degradation products in the environment». Environment International 32 (3): 417–431. doi:10.1016/j.envint.2005.07.004. PMID 16125241. https://archive.org/details/sim_environment-international_2006-04_32_3/page/417. 
  31. ↑ Mergel, Maria. "Nonylphenol and Nonylphenol Ethoxylates." Toxipedia.org. N.p., 1 Nov. 2011. Web. 27 Apr. 2014.
  32. ↑ «The biodegradation of surfactants in the environment». Biochim. Biophys. Acta 1508 (1–2): 235–51. November 2000. doi:10.1016/S0304-4157(00)00013-7. PMID 11090828. 
  33. ↑ «Use of sustainable chemistry to produce an acyl amino acid surfactant». Appl. Microbiol. Biotechnol. 86 (5): 1387–97. May 2010. doi:10.1007/s00253-009-2431-8. PMID 20094712. 

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  • Πολυμέσα σχετικά με το θέμα Surfactants στο Wikimedia Commons
Ανακτήθηκε από "https://el.wikipedia.org/w/index.php?title=Επιφανειοδραστικά&oldid=10738055"