وبلاگ
آیا شویندگی سورفکتانت‌ها نیاز به مایسل دارد؟: 4 سازوکار اصلی شویندگی
فهرست مطالب
در ادامۀ پرداختن به باورهای رایج نادرست در مورد سورفکتانت‌ها و ترکیبات آرایشی-بهداشتی، امروز به این مسئله خواهیم پرداخت که «آیا یک سورفکتانت برای شویندگی مناسب، نیاز به تشکیل مایسل دارد؟».
مقدمه و بیان مسئله
بسیاری از فعّالین و فرمولاتورهای محصولات حوزۀ شوینده، آرایشی-بهداشتی بر این باورند که شویندگی سورفکتانت‌ها کاملاً وابسته به تشکیل مایسل است و اساساً این مایسل‌ها هستند که عمل حل کردن آلودگی‌ها و متعاقباً شویندگی را بر عهده دارند. امّا این باور تا چه‌اندازه درست یا کامل است؟
یک آزمون تجربی ساده
پیش از پرداختن به سازوکارهای شناخته‌شدۀ شویندگی و بررسی گزارۀ یاد شده، یک آزمون ساده نشان خواهد داد که آیا شویندگی لزوماً به مایسل‌ها وابسته است یا خیر. برای این منظور کافی است که غلظت سورفکتانت خاصی را در محیط آبی، کمتر از حد CMC یا غلظت بحرانی تشکیل‌دهندۀ مایسل در نظر بگیرید. با محلول یادشده که کمتر از CMC فرموله شده‌است به آزمون‌های عملکرد شویندگی بپردازید. نتیجۀ این آزمون ساده نشان خواهد داد که شویندگی، حتّی در عدم حضور مایسل‌ها نیز انجام خواهد شد.
سازوکارهای اصلی شویندگی
در نیم‌قرن اخیر، سازوکارهای مختلفی برای توجیه شویندگیِ سورفکتانت‌ها پیشنهاد شده‌است. در ادامه برخی از مهم‌ترین سازوکارهای پیشنهادی ارائه می‌شوند.
سازوکار roll-back یا roll-up
در ساز و کار رول-آپ، پیش از زدودن آلودگی، مایسل‌ها لزوماً در اطراف ذرات آلودگی (خاک) حضور ندارند. همان‌گونه که در شکل زیر مشخّص است، این سازوکار شامل جذب مولکول‌های سورفکتانت در سطح مشترک آب و روغن، و جایگزینی مولکول آلودگی یا چربی است. آنچه فرآیند «بلند کردن آلودگی» را میسّر می‌کند، کشش سطحی کمتر سورفکتانت نسبت به مولکول‌های چربی و متعاقباً تمایل بیشترش به سطح زیرین است. به‌طور خلاصه، سازوکار رول-آپ به مراحل زیر تقسیم می‌شود:
- جذب مولکول‌های سورفکتانت: مولکول‌های سورفکتانت به سطح مشترک آب و روغن نفوذ می‌کنند. در این پدیده، مولکول‌های سورفکتانت سبب کاهش کشش سطحی بین سطح مورد نظر و مولکول‌های چربی یا آلودگی می‌شود.
- افزایش زاویه تماس: با تجمع بیشتر مولکول‌های سورفکتانت در سطح مشترک، زاویه تماس بین آلودگی و سطح مورد نظر به تدریج افزایش می‌یابد. افزایش زاویۀ تماس به معنای وابستگی کمتر آلودگی به سطح زیرین است.
- جدا شدن آلودگی: هنگامی که زاویه تماس به ۱۸۰ درجه می‌رسد، ذرات آلودگی به دلیل کاهش چسبندگی، به طور کامل از سطح زیرین جدا می‌شوند.
- محلول‌سازی: پس از جدا شدن آلودگی، مولکول‌های سورفکتانت با محلول‌سازی مولکول‌های چربی، از چسبیدن مجدد آن به سطح جلوگیری کرده و آن را در فاز آبی پایدار می‌کنند.
با توجّه به سازوکار رول-آپ، نیازی به حضور مایسل‌ها، حدّاقل پیش از زدودن آلودگی از سطح نیست. نقش مایسل در چنین فرآیندی، آب‌کشی آسان و جلوگیری از رسوب مجدّد سورفکتانت بر سطح است.
سازوکار رول-آپ
سازوکار امولسیون‌سازی خودبه‌خودی
سازوکار دوم به عنوان امولسیون‌سازی خودبه‌خودی شناخته می‌شود. این سازوکار تا حدود زیادی به رول-آپ شباهت دارد. در واقع در این سازوکار پیشنهادی نیز، اصلی‌ترین عامل زدودن آلودگی‌های تنش سطحی پایین در آب و آلودگی مورد نظر است. امّا تفاوت اصلی سازوکار امولسیون‌سازی خود به خودی نسبت به رول-آپ، عدم افزایش کافی زاویۀ تماس برای جدایی کامل آلودگی از سطح است.
در این سازوکار ، فیلمِ جامد آلودگی با گذشت زمان به دلیل تعامل با سورفکتانت تغییر شکل می‌دهد. این تغییر شکل که منجر به تشکیل ذراتی به‌شکل جوانه (bud-like particles) می‌شود. در چنین شرایطی، ذرۀ یادشده به راحتی و با نیروی اندکی از بدنۀ آلودگی جدا می‌شود. لازم به توضیح است که در این سازوکار، همواره میزان کوچکی از آلودگی بر روی سطح مورد نظر باقی می‌ماند که باید به‌وسیلۀ نیروی مکانیکی زدوده شود.
سازوکار امولسیون‌سازی خود به خودی
سازوکار نفوذ
ساز و کار سوم که موسوم به «نفوذ» یا «نرم‌سازی آلودگی» است، به‌وسیلۀ لورنس و همکارانش و طی مطالعه‌ای تجربی پیشنهاد شده است. در این ساز و کار پیشنهادی، عامل اصلی زدوده شدن آلودگی‌ها، نفوذ مولکولی سورفکتانت‌ها به درون ذرات چربی است. در حقیقت، دم غیر قطبی سورفکتانت‌ها، با تحریک جاذبۀ غیرقطبی-غیرقطبی، به درون ذرات آلودگی نفوذ می‌کنند و به کاهش کشش سطحی آب/چربی منجر می‌شود. این پدیده منجر، به جداسازی قسمتی از ذرۀ آلودگی می‌شود. این عمل آن‌قدر ادامه پیدا می‌کند تا ذرات آلودگی به‌طور کامل از سطح جدا شوند.
سازوکار نفوذ
سازوکار محلول‌سازی
سازوکار پیشنهادی چهارم که به «محلول‌سازی» موسوم است، کاملاً بر وجود مایسل‌ها مبتنی است. در این سازوکار، مایسل‌هایی که از پیش درون محلول وجود داشته‌اند به سمت ذرات کوچکِ چربی حرکت می‌کنند و این ذرات را درون ساختار خود پایدار می‌کنند. طبیعتاً به‌انجام رسیدن چنین سازوکاری نیازمندِ این است که اوّلا ذرات مورد نظر به حدّ کافی کوچک باشند و در ثانی به سطحِ وسیع نفوذ ناپذیری نچسبیده باشند.
سازوکار محلول‌سازی
سایر سازوکارهای پیشنهادی
علاوه‌بر سازوکارهای یادشده که به نوعی پذیرفته‌شده‌ترین سازوکارهای این حوزه به‌شمار می‌روند، سازوکارهای دیگری نیز پیشنهاد شده‌اند. از میان می‌توان به سازوکار دفع الکترواستاتیک، نیرو بُرشی، اثر هیدروتروپیک، آنزیم‌ها، شلاته‌سازی و… اشاره کرد. طبیعتاً در مورد سورفکتانت‌هایی مانند سورفکتانت‌های آنیونی متداول در صنعت شوینده، 4 سازوکاری که به تفصیل ارائه شدند، اهمّیّت بیشتری دارند.
جمع‌بندی
در این مقالۀ مختصر، سازوکارهای مختلف مربوط به کارایی پاک‌کنندگی سورفکتانت‌ها بررسی شد. همان‌طور که پیش‌تر توضیح داده‌شد، به‌جز سازوکار محلول‌سازی، وقوع تمام سازوکارهای مرتبط با شویندگی به «مولکول‌های آزاد سورفکتانت» و نه مایسل نیاز دارند. در حقیقت، جداسازی آلودگی‌ها از سطوح مختلف به‌وسیلۀ مونومر‌های آزاد سورفکتانت انجام می‌پذیرد و مایس‌های حاضر در محلول، وظیفۀ نگهداری آلودگی‌های جداشده را تا زمان آب کشی بر عهده دارند. در بسیاری از موارد، حتّی برای حفظِ آلودگی‌ها نیز نیاز به مایسل‌های «از پیش موجود» نیست و مایسل‌های جدید حول مولکول‌های چربی شکل می‌گیرند.
نظرات اخیر