I. Vários conceitos sobre surfactantes.
A propriedade que pode reduzir a tensão superficial do solvente é chamada de atividade superficial, e a substância com atividade superficial é chamada de substância ativa de superfície. A substância tensoativa que pode associar moléculas em solução aquosa e formar micelas e outros associados, que tem alta atividade de superfície e que também tem as funções de umedecimento, emulsificação, formação de espuma e lavagem é chamada de surfactante. A força de contração de qualquer unidade de comprimento na superfície de um líquido é chamada de tensão superficial, e a unidade é N-m-1.
Em segundo lugar, as características da estrutura molecular dos surfactantes.
Os surfactantes são compostos orgânicos com estruturas e propriedades especiais que podem alterar significativamente a tensão interfacial entre duas fases ou a tensão superficial de um líquido (geralmente água) e têm propriedades como umectação, formação de espuma, emulsificação e lavagem. Em termos de estrutura, todos os surfactantes têm em comum o fato de suas moléculas conterem dois grupos com propriedades diferentes: uma extremidade é um grupo não polar de cadeia longa, que é solúvel em óleo, mas insolúvel em água, também conhecido como grupo hidrofóbico ou grupo repelente de água. A outra extremidade do espectro são os grupos solúveis em água, ou seja, grupos hidrofílicos ou grupos hidrofílicos. O grupo hidrofílico deve ser suficientemente hidrofílico para garantir que todo o surfactante seja solúvel em água e tenha a solubilidade necessária. Como os surfactantes contêm grupos hidrofílicos e hidrofóbicos, eles são solúveis em pelo menos uma das fases líquidas. Essa propriedade dos surfactantes que são hidrofílicos e lipofílicos é chamada de anfifilicidade.
Há também um tipo especial de surfactante bifílico no mercado, do qual o surfactante de cinurenina glicol é um dos produtos representativos. Ele tem dois pares de grupos hidrofóbicos e hidrofílicos estruturalmente ligados por um grupo funcional simétrico e relativamente "rígido" no meio. Os surfactantes bariônicos são espumas menos estáveis e têm excelente molhabilidade dinâmica específica.
Tipos de surfactantes.
O surfactante é uma molécula anfifílica com grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. Os grupos hidrofóbicos dos surfactantes são geralmente compostos de longas cadeias de hidrocarbonetos, como alquil C8 a C20 de cadeia reta, alquil C8 a C20 de cadeia ramificada, grupos alquilbenzeno (número de átomos de carbono de alquil 8 a 16), etc. A diferença dos grupos hidrofóbicos está principalmente nas mudanças estruturais das cadeias de hidrocarbonetos, que são menores, enquanto a variedade de grupos hidrofílicos é maior. Portanto, as propriedades dos surfactantes estão relacionadas principalmente aos grupos hidrofílicos, além do tamanho e da forma dos grupos hidrofóbicos. A estrutura dos grupos hidrofílicos varia mais do que a dos grupos hidrofóbicos, portanto, a classificação dos surfactantes geralmente se baseia na estrutura dos grupos hidrofílicos. Essa classificação se baseia no fato de o grupo hidrofílico ser iônico ou não, e é dividida em aniônica, catiônica, não iônica, anfotérica e outros tipos especiais de surfactantes.
IV. Características da solução aquosa de surfactante.
1. Adsorção de surfactante na interface. As moléculas de surfactante têm grupos lipofílicos e hidrofílicos, que são moléculas anfifílicas. A água é um líquido fortemente polar e, quando o surfactante é dissolvido na água, seu grupo hidrofílico é atraído pela água e dissolvido na água de acordo com o princípio de similaridade e repulsão de polaridade, e seu grupo lipofílico é repelido da água e sai da água. Como resultado, as moléculas de surfactante (ou íons) são adsorvidas na interface das duas fases, de modo que a tensão interfacial entre as duas fases é reduzida. Quanto mais moléculas de surfactante (ou íons) forem adsorvidas na interface, maior será a redução da tensão interfacial.
2、Algumas propriedades da membrana de adsorção.
Pressão de superfície do filme de adsorção: o surfactante é adsorvido na interface gás-líquido para formar um filme de adsorção, como a colocação de um flutuador móvel sem atrito na interface para empurrar o filme de adsorção ao longo da superfície da solução; o filme gera uma pressão no flutuador, e essa pressão é chamada de pressão de superfície.
Viscosidade de superfície: assim como a pressão de superfície, a viscosidade de superfície é uma propriedade exibida pelo filme molecular insolúvel. Suspensão de um anel de platina de fio metálico fino, de modo que seu plano entre em contato com a superfície da água do tanque, gire o anel de platina, o anel de platina pela viscosidade da obstrução da água, a amplitude diminua gradualmente, de acordo com a qual a viscosidade da superfície pode ser medida, o método é: primeiro em experimentos de superfície de água pura, mediu a diminuição da amplitude e, em seguida, mediu a formação da diminuição do filme de superfície, a partir da diferença entre os dois para encontrar a viscosidade do filme de superfície. A viscosidade da superfície está intimamente relacionada à solidez do filme de superfície, pois o filme de adsorção tem pressão de superfície e viscosidade, e deve ter elasticidade. Quanto maior a pressão da superfície e maior a viscosidade do filme adsorvido, maior será seu módulo de elasticidade. O módulo de elasticidade do filme de adsorção da superfície tem um significado importante no processo de estabilização da bolha.
3、A formação de micelas.
A solução diluída de surfactante obedece à lei seguida pela solução ideal. A quantidade de surfactante adsorvida na superfície da solução aumenta com a concentração da solução e, quando a concentração atinge ou excede um determinado valor, a quantidade de adsorção não aumenta mais. Essas moléculas de surfactante em excesso estão desordenadas na solução ou existem de alguma forma regular. Tanto a prática quanto a teoria sugerem que elas formam associações dentro da solução, que são chamadas de micelas. A concentração mínima de surfactantes na solução para formar micelas é chamada de concentração crítica de micelas (CMC).
HLB é a abreviação de hydrophile lipophile balance (equilíbrio hidrofílico e lipofílico), que indica o equilíbrio hidrofílico e lipofílico dos grupos hidrofílicos e lipofílicos do surfactante, ou seja, o valor HLB do surfactante. Um valor HLB alto indica uma molécula hidrofílica forte e uma molécula lipofílica fraca; inversamente, uma molécula lipofílica forte e uma molécula hidrofílica fraca. O valor de HLB é um valor relativo, portanto, quando o valor de HLB é definido, o valor de HLB da cera de parafina, que não tem propriedades hidrofílicas, é definido como 0, enquanto o valor de HLB do dodecil sulfato de sódio, que é mais solúvel em água, é definido como 40. De modo geral, os emulsificantes com valores de HLB inferiores a 10 são lipofílicos, enquanto aqueles com valores superiores a 10 são hidrofílicos. Portanto, o ponto de virada de lipofílico para hidrofílico é aproximadamente 10.
De acordo com o valor de HLB do surfactante, os possíveis usos podem ser compreendidos de forma aproximada, conforme mostrado na tabela à esquerda, o valor de HLB do surfactante adequado para uso como emulsificante de água em óleo é de 3,5 a 6, enquanto o valor de HLB do emulsificante de água em óleo é de 8 a 18.
Em quinto lugar, o papel da emulsificação e da solubilização.
Dois líquidos mutuamente insolúveis, um com partículas (gotículas ou cristais líquidos) dispersos no outro, formam um sistema chamado emulsão. A formação da emulsão se deve ao aumento da área limite dos dois líquidos, de modo que esse sistema é termodinamicamente instável. Para tornar a emulsão estável, é necessário adicionar um terceiro componente, o emulsificante, para reduzir a energia interfacial do sistema. O emulsificante pertence ao agente ativo de superfície e sua principal função é desempenhar o papel da emulsão. A emulsão na presença de gotículas dessa fase é chamada de fase dispersa (ou fase interna ﹑ fase descontínua), conectada a outra fase chamada de meio de dispersão (ou fase externa ﹑ fase contínua).
1, emulsificantes e emulsões. Emulsão comum, uma fase é água ou solução aquosa, a outra fase não é miscível com substâncias orgânicas da água, como graxa, cera etc. As emulsões de água e óleo formadas, de acordo com sua dispersão, podem ser divididas em dois tipos: óleo disperso em água para formar uma emulsão de óleo em água, para O / W (óleo / água): água dispersa em óleo para formar uma emulsão de óleo em água, para W / O (água / óleo) disse. Também podem ser formadas emulsões múltiplas complexas do tipo água-em-óleo-em-água (W/O/W) e óleo-em-água-em-óleo (O/W/O).
Os emulsificantes são usados para estabilizar emulsões, reduzindo a tensão interfacial e formando filmes interfaciais de molécula única. Na emulsificação dos requisitos do emulsificante: a) o emulsificante deve ser capaz de adsorver ou enriquecer a interface entre as duas fases, de modo que a tensão interfacial seja reduzida; b) o emulsificante deve dar às partículas a carga, de modo que a repulsão eletrostática entre as partículas ou a formação de uma viscosidade estável ao redor das partículas de um filme protetor particularmente alto. Portanto, a substância usada como emulsificante deve ter grupos anfifílicos para emulsificar, e os surfactantes podem atender a esse requisito.
2, métodos de preparação de emulsões e fatores que afetam a estabilidade das emulsões.
Há dois métodos de preparação de emulsões: um deles é usar o método mecânico para dispersar o líquido como partículas minúsculas em outro líquido, que é usado principalmente na indústria para preparar emulsões; o outro é dissolver o líquido em um estado molecular em outro líquido e, em seguida, fazer com que ele se junte adequadamente para formar uma emulsão.
A estabilidade de uma emulsão é a capacidade de resistir à agregação de partículas que levaria à separação de fases. As emulsões são sistemas termodinamicamente instáveis com grandes energias livres. Portanto, a chamada estabilidade de uma emulsão é, na verdade, o tempo necessário para que o sistema atinja um estado de equilíbrio, ou seja, o tempo necessário para que ocorra a separação de um dos líquidos no sistema. Quando a membrana interfacial contém moléculas orgânicas polares, como álcoois graxos, ácidos graxos e aminas graxas, a resistência da membrana aumenta significativamente. Isso ocorre porque, na camada de adsorção interfacial de moléculas emulsificantes e álcoois, ácidos e aminas e outras moléculas polares para formar um "complexo", de modo que a força da membrana interfacial aumenta.
Mais de dois tipos de surfactantes compostos por emulsificantes são chamados de emulsificantes mistos. Emulsificante misto adsorvido na interface água/óleo, a ação intermolecular pode formar complexos. Devido à forte ação intermolecular, a tensão interfacial é significativamente reduzida, a quantidade de emulsificante adsorvido na interface é significativamente aumentada, a formação da densidade do filme interfacial aumenta, a força aumenta.
A carga dos grânulos líquidos tem um efeito significativo sobre a estabilidade da emulsão. Emulsões estáveis, os grânulos líquidos geralmente são carregados. Ao usar um emulsificante iônico, adsorvido na interface do íon emulsificante, seu grupo lipofílico é inserido na fase oleosa e o grupo hidrofílico na fase aquosa, fazendo com que os grânulos líquidos fiquem carregados. Como a emulsão dos grânulos líquidos tem a mesma carga, eles se repelem e não se aglomeram facilmente, o que aumenta a estabilidade. Pode-se observar que quanto mais íons emulsificantes forem adsorvidos nos grânulos, maior será a carga, maior será a capacidade de evitar a aglomeração dos grânulos e mais estável será o sistema de emulsão.
A viscosidade do meio de dispersão da emulsão tem uma certa influência sobre a estabilidade da emulsão. Em geral, quanto maior a viscosidade do meio de dispersão, maior a estabilidade da emulsão. Isso ocorre porque a viscosidade do meio de dispersão é grande, o que tem um forte efeito sobre o movimento browniano dos grânulos líquidos e retarda a colisão entre os grânulos líquidos, de modo que o sistema permanece estável. Normalmente, as substâncias poliméricas que podem ser dissolvidas em emulsões podem aumentar a viscosidade do sistema e aumentar a estabilidade das emulsões. Além disso, os polímeros podem formar um filme interfacial forte, tornando o sistema de emulsão mais estável.
Em alguns casos, a adição de pó sólido também pode estabilizar a emulsão. O pó sólido está na água, no óleo ou na interface, dependendo do óleo, da água e da capacidade de umedecimento do pó sólido. Se o pó sólido for completamente umedecido pela água e puder ser umedecido pelo óleo, ele só será retido na interface água-óleo. O pó sólido não torna a emulsão estável, pois o pó reunido na interface aumenta o filme da interface, que é semelhante às moléculas emulsificantes de adsorção da interface; portanto, quanto mais próximo o pó sólido estiver disposto na interface, mais estável será a emulsão.
O surfactante tem a capacidade de aumentar significativamente a solubilidade de substâncias orgânicas insolúveis ou levemente solúveis após a formação de micelas em solução aquosa, e a solução fica transparente nesse momento, e esse efeito das micelas é chamado de solubilização. O surfactante que pode produzir a solubilização é chamado de solubilizante, e a matéria orgânica que é solubilizada é chamada de matéria solubilizada.
Produtos da mesma série
| Nome do produto | Nome químico | Número CAS |
| Sinoadd® IPP | Palmitato de isopropila | CAS 142-91-6 |
| Sinoadd® IPL | Laurato de isopropila | CAS 10233-13-3 |
| Sinoadd® 2-EHP | Palmitato de isooctilo | CAS 1341-38-4 |
| Sinoadd® IPM | Miristato de isopropila | CAS 110-27-0 |