I. V\u00e1rios conceitos sobre surfactantes.<\/p>\n
A propriedade que pode reduzir a tens\u00e3o superficial do solvente \u00e9 chamada de atividade superficial, e a subst\u00e2ncia com atividade superficial \u00e9 chamada de subst\u00e2ncia ativa de superf\u00edcie. A subst\u00e2ncia tensoativa que pode associar mol\u00e9culas em solu\u00e7\u00e3o aquosa e formar micelas e outros associados, que tem alta atividade de superf\u00edcie e que tamb\u00e9m tem as fun\u00e7\u00f5es de umedecimento, emulsifica\u00e7\u00e3o, forma\u00e7\u00e3o de espuma e lavagem \u00e9 chamada de surfactante. A for\u00e7a de contra\u00e7\u00e3o de qualquer unidade de comprimento na superf\u00edcie de um l\u00edquido \u00e9 chamada de tens\u00e3o superficial, e a unidade \u00e9 N-m-1.<\/p>\n
Em segundo lugar, as caracter\u00edsticas da estrutura molecular dos surfactantes.<\/p>\n
Os surfactantes s\u00e3o compostos org\u00e2nicos com estruturas e propriedades especiais que podem alterar significativamente a tens\u00e3o interfacial entre duas fases ou a tens\u00e3o superficial de um l\u00edquido (geralmente \u00e1gua) e t\u00eam propriedades como umecta\u00e7\u00e3o, forma\u00e7\u00e3o de espuma, emulsifica\u00e7\u00e3o e lavagem. Em termos de estrutura, todos os surfactantes t\u00eam em comum o fato de suas mol\u00e9culas conterem dois grupos com propriedades diferentes: uma extremidade \u00e9 um grupo n\u00e3o polar de cadeia longa, que \u00e9 sol\u00favel em \u00f3leo, mas insol\u00favel em \u00e1gua, tamb\u00e9m conhecido como grupo hidrof\u00f3bico ou grupo repelente de \u00e1gua. A outra extremidade do espectro s\u00e3o os grupos sol\u00faveis em \u00e1gua, ou seja, grupos hidrof\u00edlicos ou grupos hidrof\u00edlicos. O grupo hidrof\u00edlico deve ser suficientemente hidrof\u00edlico para garantir que todo o surfactante seja sol\u00favel em \u00e1gua e tenha a solubilidade necess\u00e1ria. Como os surfactantes cont\u00eam grupos hidrof\u00edlicos e hidrof\u00f3bicos, eles s\u00e3o sol\u00faveis em pelo menos uma das fases l\u00edquidas. Essa propriedade dos surfactantes que s\u00e3o hidrof\u00edlicos e lipof\u00edlicos \u00e9 chamada de anfifilicidade.<\/p>\n
H\u00e1 tamb\u00e9m um tipo especial de surfactante bif\u00edlico no mercado, do qual o surfactante de cinurenina glicol \u00e9 um dos produtos representativos. Ele tem dois pares de grupos hidrof\u00f3bicos e hidrof\u00edlicos estruturalmente ligados por um grupo funcional sim\u00e9trico e relativamente \"r\u00edgido\" no meio. Os surfactantes bari\u00f4nicos s\u00e3o espumas menos est\u00e1veis e t\u00eam excelente molhabilidade din\u00e2mica espec\u00edfica.<\/p>\n
Tipos de surfactantes.<\/p>\n
O surfactante \u00e9 uma mol\u00e9cula anfif\u00edlica com grupos hidrof\u00f3bicos e hidrof\u00edlicos. Os grupos hidrof\u00f3bicos dos surfactantes s\u00e3o geralmente compostos de longas cadeias de hidrocarbonetos, como alquil C8 a C20 de cadeia reta, alquil C8 a C20 de cadeia ramificada, grupos alquilbenzeno (n\u00famero de \u00e1tomos de carbono de alquil 8 a 16), etc. A diferen\u00e7a dos grupos hidrof\u00f3bicos est\u00e1 principalmente nas mudan\u00e7as estruturais das cadeias de hidrocarbonetos, que s\u00e3o menores, enquanto a variedade de grupos hidrof\u00edlicos \u00e9 maior. Portanto, as propriedades dos surfactantes est\u00e3o relacionadas principalmente aos grupos hidrof\u00edlicos, al\u00e9m do tamanho e da forma dos grupos hidrof\u00f3bicos. A estrutura dos grupos hidrof\u00edlicos varia mais do que a dos grupos hidrof\u00f3bicos, portanto, a classifica\u00e7\u00e3o dos surfactantes geralmente se baseia na estrutura dos grupos hidrof\u00edlicos. Essa classifica\u00e7\u00e3o se baseia no fato de o grupo hidrof\u00edlico ser i\u00f4nico ou n\u00e3o, e \u00e9 dividida em ani\u00f4nica, cati\u00f4nica, n\u00e3o i\u00f4nica, anfot\u00e9rica e outros tipos especiais de surfactantes.<\/p>\n
IV. Caracter\u00edsticas da solu\u00e7\u00e3o aquosa de surfactante.<\/p>\n
1. Adsor\u00e7\u00e3o de surfactante na interface. As mol\u00e9culas de surfactante t\u00eam grupos lipof\u00edlicos e hidrof\u00edlicos, que s\u00e3o mol\u00e9culas anfif\u00edlicas. A \u00e1gua \u00e9 um l\u00edquido fortemente polar e, quando o surfactante \u00e9 dissolvido na \u00e1gua, seu grupo hidrof\u00edlico \u00e9 atra\u00eddo pela \u00e1gua e dissolvido na \u00e1gua de acordo com o princ\u00edpio de similaridade e repuls\u00e3o de polaridade, e seu grupo lipof\u00edlico \u00e9 repelido da \u00e1gua e sai da \u00e1gua. Como resultado, as mol\u00e9culas de surfactante (ou \u00edons) s\u00e3o adsorvidas na interface das duas fases, de modo que a tens\u00e3o interfacial entre as duas fases \u00e9 reduzida. Quanto mais mol\u00e9culas de surfactante (ou \u00edons) forem adsorvidas na interface, maior ser\u00e1 a redu\u00e7\u00e3o da tens\u00e3o interfacial.<\/p>\n
2\u3001Algumas propriedades da membrana de adsor\u00e7\u00e3o.<\/p>\n
Press\u00e3o de superf\u00edcie do filme de adsor\u00e7\u00e3o: o surfactante \u00e9 adsorvido na interface g\u00e1s-l\u00edquido para formar um filme de adsor\u00e7\u00e3o, como a coloca\u00e7\u00e3o de um flutuador m\u00f3vel sem atrito na interface para empurrar o filme de adsor\u00e7\u00e3o ao longo da superf\u00edcie da solu\u00e7\u00e3o; o filme gera uma press\u00e3o no flutuador, e essa press\u00e3o \u00e9 chamada de press\u00e3o de superf\u00edcie.<\/p>\n
Viscosidade de superf\u00edcie: assim como a press\u00e3o de superf\u00edcie, a viscosidade de superf\u00edcie \u00e9 uma propriedade exibida pelo filme molecular insol\u00favel. Suspens\u00e3o de um anel de platina de fio met\u00e1lico fino, de modo que seu plano entre em contato com a superf\u00edcie da \u00e1gua do tanque, gire o anel de platina, o anel de platina pela viscosidade da obstru\u00e7\u00e3o da \u00e1gua, a amplitude diminua gradualmente, de acordo com a qual a viscosidade da superf\u00edcie pode ser medida, o m\u00e9todo \u00e9: primeiro em experimentos de superf\u00edcie de \u00e1gua pura, mediu a diminui\u00e7\u00e3o da amplitude e, em seguida, mediu a forma\u00e7\u00e3o da diminui\u00e7\u00e3o do filme de superf\u00edcie, a partir da diferen\u00e7a entre os dois para encontrar a viscosidade do filme de superf\u00edcie. A viscosidade da superf\u00edcie est\u00e1 intimamente relacionada \u00e0 solidez do filme de superf\u00edcie, pois o filme de adsor\u00e7\u00e3o tem press\u00e3o de superf\u00edcie e viscosidade, e deve ter elasticidade. Quanto maior a press\u00e3o da superf\u00edcie e maior a viscosidade do filme adsorvido, maior ser\u00e1 seu m\u00f3dulo de elasticidade. O m\u00f3dulo de elasticidade do filme de adsor\u00e7\u00e3o da superf\u00edcie tem um significado importante no processo de estabiliza\u00e7\u00e3o da bolha.<\/p>\n
3\u3001A forma\u00e7\u00e3o de micelas.<\/p>\n
A solu\u00e7\u00e3o dilu\u00edda de surfactante obedece \u00e0 lei seguida pela solu\u00e7\u00e3o ideal. A quantidade de surfactante adsorvida na superf\u00edcie da solu\u00e7\u00e3o aumenta com a concentra\u00e7\u00e3o da solu\u00e7\u00e3o e, quando a concentra\u00e7\u00e3o atinge ou excede um determinado valor, a quantidade de adsor\u00e7\u00e3o n\u00e3o aumenta mais. Essas mol\u00e9culas de surfactante em excesso est\u00e3o desordenadas na solu\u00e7\u00e3o ou existem de alguma forma regular. Tanto a pr\u00e1tica quanto a teoria sugerem que elas formam associa\u00e7\u00f5es dentro da solu\u00e7\u00e3o, que s\u00e3o chamadas de micelas. A concentra\u00e7\u00e3o m\u00ednima de surfactantes na solu\u00e7\u00e3o para formar micelas \u00e9 chamada de concentra\u00e7\u00e3o cr\u00edtica de micelas (CMC).<\/p>\n
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HLB \u00e9 a abrevia\u00e7\u00e3o de hydrophile lipophile balance (equil\u00edbrio hidrof\u00edlico e lipof\u00edlico), que indica o equil\u00edbrio hidrof\u00edlico e lipof\u00edlico dos grupos hidrof\u00edlicos e lipof\u00edlicos do surfactante, ou seja, o valor HLB do surfactante. Um valor HLB alto indica uma mol\u00e9cula hidrof\u00edlica forte e uma mol\u00e9cula lipof\u00edlica fraca; inversamente, uma mol\u00e9cula lipof\u00edlica forte e uma mol\u00e9cula hidrof\u00edlica fraca. O valor de HLB \u00e9 um valor relativo, portanto, quando o valor de HLB \u00e9 definido, o valor de HLB da cera de parafina, que n\u00e3o tem propriedades hidrof\u00edlicas, \u00e9 definido como 0, enquanto o valor de HLB do dodecil sulfato de s\u00f3dio, que \u00e9 mais sol\u00favel em \u00e1gua, \u00e9 definido como 40. De modo geral, os emulsificantes com valores de HLB inferiores a 10 s\u00e3o lipof\u00edlicos, enquanto aqueles com valores superiores a 10 s\u00e3o hidrof\u00edlicos. Portanto, o ponto de virada de lipof\u00edlico para hidrof\u00edlico \u00e9 aproximadamente 10.<\/p>\n
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De acordo com o valor de HLB do surfactante, os poss\u00edveis usos podem ser compreendidos de forma aproximada, conforme mostrado na tabela \u00e0 esquerda, o valor de HLB do surfactante adequado para uso como emulsificante de \u00e1gua em \u00f3leo \u00e9 de 3,5 a 6, enquanto o valor de HLB do emulsificante de \u00e1gua em \u00f3leo \u00e9 de 8 a 18.<\/p>\n
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Em quinto lugar, o papel da emulsifica\u00e7\u00e3o e da solubiliza\u00e7\u00e3o.<\/p>\n
Dois l\u00edquidos mutuamente insol\u00faveis, um com part\u00edculas (got\u00edculas ou cristais l\u00edquidos) dispersos no outro, formam um sistema chamado emuls\u00e3o. A forma\u00e7\u00e3o da emuls\u00e3o se deve ao aumento da \u00e1rea limite dos dois l\u00edquidos, de modo que esse sistema \u00e9 termodinamicamente inst\u00e1vel. Para tornar a emuls\u00e3o est\u00e1vel, \u00e9 necess\u00e1rio adicionar um terceiro componente, o emulsificante, para reduzir a energia interfacial do sistema. O emulsificante pertence ao agente ativo de superf\u00edcie e sua principal fun\u00e7\u00e3o \u00e9 desempenhar o papel da emuls\u00e3o. A emuls\u00e3o na presen\u00e7a de got\u00edculas dessa fase \u00e9 chamada de fase dispersa (ou fase interna \ufe51 fase descont\u00ednua), conectada a outra fase chamada de meio de dispers\u00e3o (ou fase externa \ufe51 fase cont\u00ednua).<\/p>\n
1, emulsificantes e emuls\u00f5es. Emuls\u00e3o comum, uma fase \u00e9 \u00e1gua ou solu\u00e7\u00e3o aquosa, a outra fase n\u00e3o \u00e9 misc\u00edvel com subst\u00e2ncias org\u00e2nicas da \u00e1gua, como graxa, cera etc. As emuls\u00f5es de \u00e1gua e \u00f3leo formadas, de acordo com sua dispers\u00e3o, podem ser divididas em dois tipos: \u00f3leo disperso em \u00e1gua para formar uma emuls\u00e3o de \u00f3leo em \u00e1gua, para O \/ W (\u00f3leo \/ \u00e1gua): \u00e1gua dispersa em \u00f3leo para formar uma emuls\u00e3o de \u00f3leo em \u00e1gua, para W \/ O (\u00e1gua \/ \u00f3leo) disse. Tamb\u00e9m podem ser formadas emuls\u00f5es m\u00faltiplas complexas do tipo \u00e1gua-em-\u00f3leo-em-\u00e1gua (W\/O\/W) e \u00f3leo-em-\u00e1gua-em-\u00f3leo (O\/W\/O).<\/p>\n
Os emulsificantes s\u00e3o usados para estabilizar emuls\u00f5es, reduzindo a tens\u00e3o interfacial e formando filmes interfaciais de mol\u00e9cula \u00fanica. Na emulsifica\u00e7\u00e3o dos requisitos do emulsificante: a) o emulsificante deve ser capaz de adsorver ou enriquecer a interface entre as duas fases, de modo que a tens\u00e3o interfacial seja reduzida; b) o emulsificante deve dar \u00e0s part\u00edculas a carga, de modo que a repuls\u00e3o eletrost\u00e1tica entre as part\u00edculas ou a forma\u00e7\u00e3o de uma viscosidade est\u00e1vel ao redor das part\u00edculas de um filme protetor particularmente alto. Portanto, a subst\u00e2ncia usada como emulsificante deve ter grupos anfif\u00edlicos para emulsificar, e os surfactantes podem atender a esse requisito.<\/p>\n
2, m\u00e9todos de prepara\u00e7\u00e3o de emuls\u00f5es e fatores que afetam a estabilidade das emuls\u00f5es.<\/p>\n
H\u00e1 dois m\u00e9todos de prepara\u00e7\u00e3o de emuls\u00f5es: um deles \u00e9 usar o m\u00e9todo mec\u00e2nico para dispersar o l\u00edquido como part\u00edculas min\u00fasculas em outro l\u00edquido, que \u00e9 usado principalmente na ind\u00fastria para preparar emuls\u00f5es; o outro \u00e9 dissolver o l\u00edquido em um estado molecular em outro l\u00edquido e, em seguida, fazer com que ele se junte adequadamente para formar uma emuls\u00e3o.<\/p>\n
A estabilidade de uma emuls\u00e3o \u00e9 a capacidade de resistir \u00e0 agrega\u00e7\u00e3o de part\u00edculas que levaria \u00e0 separa\u00e7\u00e3o de fases. As emuls\u00f5es s\u00e3o sistemas termodinamicamente inst\u00e1veis com grandes energias livres. Portanto, a chamada estabilidade de uma emuls\u00e3o \u00e9, na verdade, o tempo necess\u00e1rio para que o sistema atinja um estado de equil\u00edbrio, ou seja, o tempo necess\u00e1rio para que ocorra a separa\u00e7\u00e3o de um dos l\u00edquidos no sistema. Quando a membrana interfacial cont\u00e9m mol\u00e9culas org\u00e2nicas polares, como \u00e1lcoois graxos, \u00e1cidos graxos e aminas graxas, a resist\u00eancia da membrana aumenta significativamente. Isso ocorre porque, na camada de adsor\u00e7\u00e3o interfacial de mol\u00e9culas emulsificantes e \u00e1lcoois, \u00e1cidos e aminas e outras mol\u00e9culas polares para formar um \"complexo\", de modo que a for\u00e7a da membrana interfacial aumenta.<\/p>\n
Mais de dois tipos de surfactantes compostos por emulsificantes s\u00e3o chamados de emulsificantes mistos. Emulsificante misto adsorvido na interface \u00e1gua\/\u00f3leo, a a\u00e7\u00e3o intermolecular pode formar complexos. Devido \u00e0 forte a\u00e7\u00e3o intermolecular, a tens\u00e3o interfacial \u00e9 significativamente reduzida, a quantidade de emulsificante adsorvido na interface \u00e9 significativamente aumentada, a forma\u00e7\u00e3o da densidade do filme interfacial aumenta, a for\u00e7a aumenta.<\/p>\n
A carga dos gr\u00e2nulos l\u00edquidos tem um efeito significativo sobre a estabilidade da emuls\u00e3o. Emuls\u00f5es est\u00e1veis, os gr\u00e2nulos l\u00edquidos geralmente s\u00e3o carregados. Ao usar um emulsificante i\u00f4nico, adsorvido na interface do \u00edon emulsificante, seu grupo lipof\u00edlico \u00e9 inserido na fase oleosa e o grupo hidrof\u00edlico na fase aquosa, fazendo com que os gr\u00e2nulos l\u00edquidos fiquem carregados. Como a emuls\u00e3o dos gr\u00e2nulos l\u00edquidos tem a mesma carga, eles se repelem e n\u00e3o se aglomeram facilmente, o que aumenta a estabilidade. Pode-se observar que quanto mais \u00edons emulsificantes forem adsorvidos nos gr\u00e2nulos, maior ser\u00e1 a carga, maior ser\u00e1 a capacidade de evitar a aglomera\u00e7\u00e3o dos gr\u00e2nulos e mais est\u00e1vel ser\u00e1 o sistema de emuls\u00e3o.<\/p>\n
A viscosidade do meio de dispers\u00e3o da emuls\u00e3o tem uma certa influ\u00eancia sobre a estabilidade da emuls\u00e3o. Em geral, quanto maior a viscosidade do meio de dispers\u00e3o, maior a estabilidade da emuls\u00e3o. Isso ocorre porque a viscosidade do meio de dispers\u00e3o \u00e9 grande, o que tem um forte efeito sobre o movimento browniano dos gr\u00e2nulos l\u00edquidos e retarda a colis\u00e3o entre os gr\u00e2nulos l\u00edquidos, de modo que o sistema permanece est\u00e1vel. Normalmente, as subst\u00e2ncias polim\u00e9ricas que podem ser dissolvidas em emuls\u00f5es podem aumentar a viscosidade do sistema e aumentar a estabilidade das emuls\u00f5es. Al\u00e9m disso, os pol\u00edmeros podem formar um filme interfacial forte, tornando o sistema de emuls\u00e3o mais est\u00e1vel.<\/p>\n
Em alguns casos, a adi\u00e7\u00e3o de p\u00f3 s\u00f3lido tamb\u00e9m pode estabilizar a emuls\u00e3o. O p\u00f3 s\u00f3lido est\u00e1 na \u00e1gua, no \u00f3leo ou na interface, dependendo do \u00f3leo, da \u00e1gua e da capacidade de umedecimento do p\u00f3 s\u00f3lido. Se o p\u00f3 s\u00f3lido for completamente umedecido pela \u00e1gua e puder ser umedecido pelo \u00f3leo, ele s\u00f3 ser\u00e1 retido na interface \u00e1gua-\u00f3leo. O p\u00f3 s\u00f3lido n\u00e3o torna a emuls\u00e3o est\u00e1vel, pois o p\u00f3 reunido na interface aumenta o filme da interface, que \u00e9 semelhante \u00e0s mol\u00e9culas emulsificantes de adsor\u00e7\u00e3o da interface; portanto, quanto mais pr\u00f3ximo o p\u00f3 s\u00f3lido estiver disposto na interface, mais est\u00e1vel ser\u00e1 a emuls\u00e3o.<\/p>\n
O surfactante tem a capacidade de aumentar significativamente a solubilidade de subst\u00e2ncias org\u00e2nicas insol\u00faveis ou levemente sol\u00faveis ap\u00f3s a forma\u00e7\u00e3o de micelas em solu\u00e7\u00e3o aquosa, e a solu\u00e7\u00e3o fica transparente nesse momento, e esse efeito das micelas \u00e9 chamado de solubiliza\u00e7\u00e3o. O surfactante que pode produzir a solubiliza\u00e7\u00e3o \u00e9 chamado de solubilizante, e a mat\u00e9ria org\u00e2nica que \u00e9 solubilizada \u00e9 chamada de mat\u00e9ria solubilizada.<\/p>\n
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Resposta r\u00e1pida:<\/strong> Uma decis\u00e3o pr\u00e1tica de aditivo come\u00e7a com o defeito exato: espuma, molhabilidade deficiente, crateras, n\u00e9voa ou instabilidade. Geralmente, o melhor produto \u00e9 aquele que resolve esse defeito com a janela de compatibilidade mais segura.<\/p>\n <\/p>\n