|
به نام خدا
چگونه ميتوان كف را در محصولات شونده پايداركرد؟1
ترجمه و گردآوري از :
- عليرضا بنكدار سخي ( رئيس بخش Hair&Oral care تحقيق و توسعه شركت پاكشو)
- مهدي صالحي ( كارشناس تحقيق و توسعه شركت پاكشو)
مقدمه
از مدت ها پيش مشخص شده بود اضافه كردن مقدار كمي مواد افزودني ( Foam additives ) مي تواند به طور قابل ملاحظه اي در ويژگيهاي كف تآثير بگذارد . دربرخي كاربردها مانند شوينده هاي دستي ، صابونها ، شامپوها ، كرمهاي اصلاح (صورت ) ، فرآورده هاي حمام و مواد خاموش كننده آتش كف فراوان وماندگار رضايت خاطر را جلب مي كند .
به عكس مواردي را هم سراغ داريم كه وجود كف زياد ، موجب عدم رضايت مي شود . مايعات پاك كننده ماشين ظرفشويي ، رنگها ، مواد غذايي ، ستونهاي تقطير و.... مثالهايي از اين نوع اند . دراين موارد ادتيو هاي خاصي به منظور حذف يا كنترل كف بكار مي روند .
درمقاله اي كه پيش رو داريد ، چگونگي پايدار كردن كف مورد بحث قرار گرفته و تلاش شده به سئوالات زير پاسخ داده شود .
- چگونه مي توان كف را پايدار كرد ؟
-مواد افزودني ( ادتيوها) ،با چه مكانيسمي به پايداري كف كمك ميكنند ؟
- انواع ادتيوهايي كه براي پايداري كف در نظر گرفته ميشوند كدام ها هستند ؟
- چگونه ميتوان موثرترين ادتيو هاي پايدار كننده كف را انتخاب كرد ؟
ادتيو هاي كف و پايداري كف and Foam stabilityFoam additives
اساساً براي پايداري كف دو ديدگاه وجود دارد .
نخست تقويت خصوصيات فيزيكي فيلم هاي ( لايه هاي ) كف به گونه اي كه مزاحمت هاي خارجي كمترين آسيب را بر آن وارد كنند و دوم، اصلاح محيط نامناسب براي كف كنندگي .
در مقاله حاظر تمركز اصلي بر روي عامل اول قرار گرفته است زيرا از اهميت اساسي تري برخوردارميباشد و عامل دوم يعني بررسي محيط پيرامون كف در درجه دوم اهميت قرارگرفته است.. تلفيق هر دو عامل فوق مي تواند ما را در رسيدن به حداكثر پايداري كف كمك كنند .
مكانيسم پايداري كف بوسيله ادتيوها :
براي اينكه كف پايدار بماند ، بايد مكانيسمي وجود داشته باشد تا از تغييرات ديناميكي كف توليد شده، جلوگيري كند .با بررسي ساختمان لايه هاي كف و عواملي كه در پايداري كف مؤثرند مي توان چندين راه راكه طي آنها ادتيوها مي توانند كف را پايدار كنند ،پيدا كرد.
1- افزايش الاستيسيته ( انعطاف پذيري ، لايه كف ( foam film )
2- كند كردن روند خروج مايع ( drainage ) در لايه ها ي لاملا ( Lamellae )
3- كاهش نفوذ گاز در عرض لايه هاي لاملا
4- افزايش ضخامت لايه دو تايي حاوي بارهاي الكتريكي
5- افزايش سطح و ويسكوزيته كلي لايه هاي كف
درحاليكه برخي از ادتيوها ممكنست تنها از طريق يكي از مكانيسمهاي فوق عمل كنند ، ادتيوهاي ديگر ممكنست اثر پايدار كنندگي خود را با چند مكانيسم به صورت تشديد كننده اي ، تقويت بخشند .در حاليكه پايداري كف از طريق كنترل عوامل ضد كف ( foamicidal ) حاصل شود مكانيسمهاي احتمالي به صورت زير خواهد بود :
1- تغيير محيط نامناسب كف
2- حذف چرك هاي ضد كف ( fomicidal soils )
3- به حداقل رسانيدن تخليه فاز مايع از كف (drainage) و حذف سورفكتانت از كف
ادتيوهاي پايدار كننده كف (foams Additives for stabilizing )
انواع مختلف ادتيوهاي كف راكه در مقالات به آنها اشاره شده مي توان به صورت زير گروه بندي كرد
1- تركيبات آلي ( (organic compounds
2- الكتروليتها (electrolytes)
3- ذرات بسيار ريز معدني(finely divided particles)
4- پليمرها (polymers)
5- بيو پليمرها( biopolymers)
1 – تركيبات آلي ( ( Organic Compounds
تركيبات آلي فعال كننده سطح از عمده ادتيوهايي هستند كه به صورت گسترده اي مورد مطالعه قرار گرفته اند .
ادتيوهاي آلي قادرند مولكولهاي سور فكتانت رادر لايه هاي كف به طور كامل به هم فشرده كنند ، تا الاستيسيته بيشتر و مقاومت با لاتري را درمقابل خروج مايع از لايه هاي كف ( drainage ) بوجود آورند .و نتيجتاً كمترين تأثير پذيري نسبت به مزاحمت هاي خارجي ايجاد خواهد شد . الكلهاي چرب ، اسيدهاي چرب ، آلكانول آميدها ، آمين اكسايدها و انواع مختلف ديگري از سور فكتانت ها ، شناخته شده ترين ادتيوهاي اين گروه هستند .
الف-الكهاي چرب (Fatty Alcohols) :
لوريل الكل احتمالاً شناخته شده ترين مثال براي پايدار كننده هاي كف (Foam stabilizer) مي باشد .
عمر مفيد كف توليد شده توسط محلول 0.1% سديم لوريل سولفات خالص در حدود 70 دقيقه گزارش شده است افزودن % 0.001 لوريل الكل به سيستم فوق به راحتي زمان حيات كف را به 825 دقيقه افزايش ميدهد اين زمان با افزودن مقادير بيشتر لوريل الكل طولاني تر هم مي شود .[2]
تحقيقات زيادي در مورد تأثير لوريل الكل در پايداري كفي كه سديم لوريل سولفات توليد ميكند گزارش شده است[8-2] .ميلز و شد لوسكي ، تآثير آشكار لوريل الكل دركند كردن سرعت drainage مايع كف را گزارش كرده اند [3]
براون و همكارانش هم تآثير باورنكردني لوريل الكل را در زمان حيات سديم لوريل سولفات از طريق تآثير در ويسكوزيته سطح محلول سديم لوريل سولفات را گزارش كرده اند[2]. (شكل 1)
شكل 1- منحني هاي زمان حيات كف مخلوط سديم لوريل سولفات و لوريل الكل
در شكل فوق منحني هاي A تا F معرف محلولهاي زير مي باشد:
A : محلول 0.5% از SLS و 0.015% لوريل الكل
B: محلول 0.5% از SLS و 0.005% لوريل الكل
C: محلول 0.5% از SLS و بدون لوريل الكل
D: محلول 0.1 % از SLS و 0.003% لوريل الكل
E: محلول 0.1 % از SLS و 0.001% لوريل الكل
F: محلول 0.1 % از SLS و بدون لوريل الكل
شيك و فوكس هم اثر لوريل الكل را در كاهش سي ام سي ( غلظت بحراني مايسل ) محلول سديم لوريل سولفات و تآثير آن در پايداري كف گزارش كرده اند[7] .
همچنين تاثير انواع مختلف الكلهاي مشابه بر كارايي كف چندين شوينده بوسيله سوير و فوكس گزارش شده است[9] .
به استثناي الكلهاي چرب 15 كربنه پر شاخه ، همگي الكلهاي اين گروه موجب افزايش حجم كف محلول سديم دو دسيل سولفات شده اند .
كونگ و گودهارد باتحقيقات خود پديده تجمع مولكولي آلكيل الكل و سولفاتها ي آنها را نشان داده اند و يك كمپلكس تجمعي با نسبت 2:1 اجزاي فوق را پيشنهاد داده اند[8] . بچر و دلوكيو نيز نشان داده اند كه افزودن الكلهاي چرب به محلول سورفكتانت هاي نانيونيك سبب كاهش سرعت drainage ميشود. [10]
ب-اسيدهاي چرب (Fatty Acids) :
پايداري كف انواع صابون اسيدهاي چرب عميقاً متأثراز PH مي باشد[11] .به طوريكه يك حد مطلوب ( optimal ) جهت رسيدن به حداكثر پايداري كف وجود دارد، اين مهم بيانگر آن آست كه اسيدهاي چرب در پايداري كف مؤثر هستند . در پتنتهايي كه اخيراً منتشر شده ،ادعا شده است كه مخلوطي از اسيد چرب و استرهاي آن اثر پايداركنندگي كف را از خود نشان ميدهند .[12]
ج-آلكانول آميدها((Alkanol Amides :
در كاربردهاي عملي ، آلكانول آميدها گسترده ترين ادتيوهاي پايدار كننده كف هستندو بعنوان مثال براحتي در مايعات ظرفشويي دستي و شامپوها مورد استفاده قرار مي گيرند . آلكانول آميدها محصول تراكمي اسيدهاي چرب وآلكانول آمين ها هستند و اسيدهاي چرب آنها نوعاً در گستره C10 تا C16 و آمينهاي بكار رفته در آنها معمولاً مونو اتانول آمين ، دي اتانل آمين يا ايزوپروپانول آمين هستند . دي اتانل آميدها در آب محلول و براي استفاده در شوينده هاي مايع مناسب بوده در صورتيكه مونواتانل آميدها و ايزوپروپانول آميدها با محدوديت هايي از لحاظ قابليت انحلال مواجه بوده و معمولاً نيازمند اين مي باشند كه بوسيله الكل يا ديگر هيدروتروپ ها در شوينده هاي مايع حل شوند .
مونواتانل آميدهاي لوريك و ميريستيك و دي اتانل آميدهاي لوريك وميريستيك
(lauric/myristic monoethanolamide and lauric/myristic diethanolamide)) معمولترين آلكانول آميدهايي هستند كه مورد استفاده قرار ميگيرند .
كريتچوفسكي و سندرس درباره تأثير وزن مولكولي آلكانول آميدها در توانايي توليد كف تحقيق كرده اند[24]. اين مسأله در كف شامپوي حاوي SlSو كف مايع ظرفشويي حاوي سديم آلكيل آريل سولفونات در آبي با سختي 150 PPm بررسي و به ترتيب تاثير گذاري كف به صورت زير مرتب شد .
استئاريك < اوليئك < پالمتيك < ميريستيك < لوريك < كاپريك
در پتنت هاي زيادي درباره كاربرد آلكانول آميدها به عنوان پايداركننده كف دترژجنت در Light duty liquid detergents و شامپوها بحث شده است.[14-17]
دوتون و رنيش تاثير انواع مختلف آلكانول آميدها بعنوان پايداركننده كف رامورد مطالعه قرارداده اند و دريافته اند كه قابليت پايدار كنندگي كف لوريك مونواتانل آميد خالص(بامقادير يكسان) پنج برابر كوكونات آميدها درمحصولات شوينده مي باشد[18]. شيك و فوكس نيز پايداري همزمان كف آلكانول آميدها در يك دترجنت آنيوني را بطور مستقيم با كاهش سي ام سي آنها مرتبط دانسته اند .[7]
د-آمين اكسايدها (Amine Oxides) :
آمين اكسايدها كلاس ديگري از پايداركننده هاي كف هستند كه به طور گسترده اي در كاربردهاي عملي به خصوص شامپوها و light duty liquid detergents بكار ميروند . خواص فعاليت سطحي وميكرب كشي آمين اكسايدها از مدت ها پيش شناخته شده است . اولين پتنت درباره اثر پايدار كنندگي كف آمين اكسايدها در light duty liquid detergents توسط پريستلي و ويلسون مورد بحث قرار گرفت.[19]
بعد از اين بود كه توجهات زيادي درباره بكارگيري آمين اكسايدها در فرمولاسيون شوينده ها مبذول شد .
ماتسون درباره استفاده از فتي آمين اكسايدها بعنوان پايدار كننده كف در light duty liquid detergents تحقيقاتي انجام داده است و آنها را از نظر پايدار كنندگي كف با آلكانول آميدها مقايسه كرده است[20]. ( شكل 2 و 3 )
بر اساس تحقيقات ماتسون فتي آمين اكسايدها درمقايسه با آلكانول آميدها به ميزان بسيار مؤثرتري باعث پايداري كف مي شوند اين مساله به خصوص در سختي هاي پايين ، بيشتر صادق است
در شامپوها استفاده از آمين اكسايدها در مقايسه با آميدها بعنوان پايدار كننده كف از ارجحيت بيشتري برخوردار است . اين مسأله درشامپوها ي اسيدي نمايان تراست ، زيرا آميدها درPH زير.5.5 ناپايدارند در حاليكه آمين اكسايدها حتي در PH هاي پايين تر مثل 3.5 كاملاً پايدار هستند
ساختار آمين اكسايدهايي كه بعنوان پايدار كننده كف معرفي شده اند به صورت زير مي باشد : 
در ساختار فوق R گروه آليفاتيك بلند زنجير ،
R' و R" هم گروه آليفاتيك كوتاه زنجير هستند.
معمولترين آمين اكسايدهايي كه از اين گروه مورد استفاده قرارميگيرند عبارتند از :
N.N – dimethyldodecyl amineoxide ( DMDAO) و
N.N – dimethylmyristyl amineoxide ( DMMAO)
تحقيقات مستقلي كه درباره پايدار كنندگي آمين اكسايدها بوسيله كولپ[21]و روزن[22]انجام شده است به نتايج مشابهي مبني بر انجام بر هم كنش بين كاتيون پروتئينه شده آمين اكسايد
CH3)2 OH+) RN (و آنيون سورفكتانت مي باشد كه باعث ايجاد يك محصول ايزوله
CH3)2 OH+ -3 OSR) RN (مي شود به طوري كه كاتيون و آنيون بوسيله پيوند قوي هيدروژني به هم متصل مي شوند ، تركيب فوق در مقايسه با آمين اكسايد تنها يا ماده آنيونيك تنها ، از خصوصيت فعاليت سطحي بسيار بيشتري برخوردار است و به صورت قوي در فصل مشترك (Interface) آب – هوا جذب مي شود ولايه نازك بسيار فشرده اي را بوجود مي آورد.
ه-ساير ادتيو هاي آلي (Other Organic Additives) :
ساير ادتيو هاي آلي كه به عنوان پايدار كننده كف گزارش شده اند عبارتند از : بتائين ها، سولفو بتائين ها[23] ، فسفين اكسيدها[24]و آلكيل سولفو كسيدها [25,26]
2- الكتروليت ها (Electrolytes) :
اضافه كردن يك ماده الكتروليت ساده به سيستم كف كننده مي تواند تأثير قابل ملاحظه اي در پايداري كف آن داشته باشد .[27-29]
در شرايط معين ، الكتروليت ها، كفي را كه توسط سورفكتانت هاي آنيوني توليد مي شود ،پايدار ميكنند .
دورامپ و كمپ به طور سيستماتيك درباره اثر الكتروليت هاي ساده و چند ظرفيتي در پايداري كف محلولهاي سديم لورت تحقيقاتي انجام داده اند . در اين مطالعات مشاهده شد كه اندازه و غلظت كاتيون ، اندازه آنيون و بار الكتريكي اجزاء يوني مهمترين فاكتورهايي هستند كه در پايداري كف تأثير مي گذارند[27] . همچنين نشان داده شده است كه الكتروليت هاي حجيم مثل دي سديم هيدروژن فسفات ، تترا سديم پيرو فسفات و پنتا سديم تري پلي فسفات در پايدار كنندگي كف محلولهاي سديم لورات كه PH آنها به10رسانده شده است از تأثير قابل ملاحظه اي برخوردار اند . اين الكتروليت ها اثر پايدار كنندگي كف را از طريق تأثير در سرعت رسيدن به تعادل كشش سطحي اعمال مي كنند .
همچنين الكتروليتها به دو طريق مي توانند اثر معكوس داشته و كف را ناپايدار كنند:1- دافعه ضعيف بين لايه هاي سورفكتانت كه منجر به درينيج (drainage ) سريعتر مي شود2- ايجاد كمپلكس هاي نامحلول بين سر هاي آنيوني وكاتيوني سورفكتانت ها
معمولاً الكتروليت ها نمي توانند به طور قابل ملاحظه اي روي قدرت كف كنندگي و پايداري كف سيستمهاي نانيونيك اثر بگذارند .
3-ذرات بسيار ريز( Finely divided particles) :
ذرات بسيار ريز(مانند پودر هاي سليكا و يا مواد معدني) از دير باز بعنوان پايداركننده كف شناخته شده بودند . اثر پايداركنندگي اين ذرات بسيار ريز به خاطر تجمع آنها در سطح لايه هاي كف مي با شد. لايه هاي به هم فشرده اين ذرات جامد از به هم پيوستن حباب هاي كف جلوگيري ميكند .
اسكريلر پايداري كف محلولهاي لوريل آمين هيدروكلرايد ، سديم الكيل بنزن سولفو نات و سديم آلكيل سولفات را از طريق اضافه كردن مقدار كمي پودر سيليكا يا اكسيد آهن گزارش كرده است.[30]
تانگ درباره تاثير ذرات سيليكا بر روي پايداري كف سديم دو دسيل سولفونات تحقيقاتي انجام داده و نشان داده است كه هر چه قدر مقدار ذرات سيليكا بيشتر باشد پايداري كف ، بيشتر خواهد بود.[31]همچنين هر قدر اندازه ذرات سيليكا ريزتر باشد پايداري كف بيشتري مشاهده خواهد شد[30] .( شكل 4 و5)
4-پليمرها ( Polymers) :
تركيبات پليمري ديدگاه جديدي درباره پايداري كف ارائه داده اند . اين مواد در شرايطي كه ادتيوهاي معمولي نمي توانند كاربرد داشته باشند يا براي برخي كابردها ي خاص در دسترس نيستند ، استفاده مي شوند .
اثرپايداري كف پليمرهاي آب دوست مثل آگار - آگار، پلي وينيل الكل ، سديم آلژينات[32] و سديم دودسيل سولفات – پلي ( اتيلن اكسايد ) ؛ شناخته شده است .[33]
پليمرهاي محلول در آب با افزايش سطح يا ويسكوزيته لايه هاي كف از طريق افزايش الاستيسيته لايه ها يا كاهش سرعت Drainage موجب پايداري كف مي شوند .
گودهارد و هانان ، پايداري كف سورفكتانت هاي آنيوني ( سديم دودسيل سولفات ) را بوسيله پلي مر كاتيوني JR گزارش كرده اند. طبق تحقيقاتاين محققين، پليمر JRاز طريق افزايش ويسكوزيته سطح ؛ باعث پايداري و تقويت كف مي شود[34].
ليا يك ماده پايداركننده كف كاتيوني رامعرفي كرده[35]كه عبارت است از كوپليمر حاوي گروه Pendant quaternary nitrogenو گروه هاي آب گريز Pendant .
ليا همچنين ماده Methocel( محصول شركتDow chemical)را كه يك پليمر محلول در آب بر پايه مشتقات سلولز است به عنوان يك گروه ديگر از پايدار كننده هاي كف كاتيوني معرفي مي كند [38,39]. مثالهاي اين مورد عبارتند از متيل سلولز و هيدروكسي پروپيل سلولز . وقتي محلول اين پلي مرها گرم ميشوند به حالت ژل در مِي آيد و به پايداري كف كمك ميكند .
قسمت آب گريز پلي مرهاي فوق ،آنها را به مواد فعال سطحي خوبي تبديل ميكند به طوري كه غلظت آنها در فصل مشترك آب – هوا كاملاً زياد مي شود. پايداري كف Methocelبا تشكيل مكانيكي يك لايه محافظتي سخت در فصل مشترك آب – هوا همراه است .
لياهمچنين دريك پتنت ديگر استفاده از صمغ نانيونيك هيدروكسي پروپيل گوار را به عنوان يك ادتيو پايداركننده كف براي شوينده هامعرفي كرده است [36] .
پلي آكريلات ها هم توانايي خوبي در پايدار كردن كف دارند ،ناگاراژن نشان داده است كه پايداري كف صابونهاي دستشويي به وسيله مقادير كمي كربوپول 1720 در فرمولاسيون به خوبي افزايش مي يا بد [37] .
ادتيوهاي پليمري كف در مقايسه با ادتيوهاي ساده آلي از فوايد گوناگوني برخوردار هستند كه عبارتند از :
1- مؤثر بودن در غلظتهاي پايين
2- سازگاري بيشتر با سيستمهاي مختلف كف كننده .
3- كمك به اصلاح خواص فيزيكي سيستم كف كننده مثل ويسكوزيته
4- فراهم آوردن مزايايي همچون نرمي و احساس لطافت در پوست .
5-بيوپليمرهاBiopolymers) ) :
بيوپليمرها چه غير يوني و چه آنيوني ، براي پايداري كف بسياري از فراورده هاي غذايي بكار ميروند .
شناخته شده ترين اين مواد عبارتند از پروتئين ها و تركيبات كمپلكسي كه بين فسفو ليپيدها و پروتئين ها تشكيل ميشوند به عنوان مثال كف آبجو و شير به ترتيب بوسيله پروتئين و تركيبات كمپلكس پروتئين – فسفوليپيد پايدار مي شوند .[40,41]جذب پروتئين در فصل مشترك آب – هوا ، منجر به تشكيل يك لايه چسبنده و ويسكوالاستيك كه همان شرط لازم براي پايداري كف مي باشد ، مي گردد.[42-44]
ادتيوهاي لازم جهت اصلاح محيط كف
دومين عامل براي پايداري كف برمحيط پيرامون كف تمركز ميكند اين مسأله شامل شرايط نامناسب محيط كف و يا عوامل ضد كف مي شود .مي توان از ادتيوهاي مناسبي ، براي اصلاح محيط نامناسب كف و يا به حداقل رساندن فاكتورهاي ضد كف استفاده نمود.
الف- اصلاح شرايط كف كنندگي(Modifying Foaming Conditions )
اگر شرايط براي سيستم كف كننده مناسب نباشد با افزودن مقدار كم ادتيو مناسب ، ميتوان به سادگي اين شرايط را تغيير داد . بعنوان مثال اگر محيط كف داراي PHمناسب نباشد ، يك ادتيو مناسب اصلاح كننده PHخواهد بود . همچنين اگر ميزان سختي براي كف كنندگي مناسب نباشد در صورتيكه سختي بيشتري بخواهيم تركيبات حاوي كلسيم و منيزيم و اگر سختي كمتري مطلوب باشد . عوامل كي ليت كننده ادتيوهاي مناسبي خواهند بود.
ب- به حداقل رساندن عوامل ضد كف Minimizing the Fomicial Factors
در عملكرد يك شوينده، پايداري كف به مقدار زيادي شويندگي تحت تأثير چركهاي موجود در سيستم قرار ميگيرد. بعضي چركها درمقايسه با بقيه از خاصيت كف كشي(foamicidal) بيشتري برخوردار هستند. ادتيوهاي كف مي توانند با تغيير خواص فيزيكي يا شيميايي چركها ، آنها را به صورت غير ضد كف ( Nonfomicidal ) تبديل كنند يا از مهاجرت اين چركها به فاز كف جلوگيري كنند .
در تحقيقاتي كه بر روي پايداري كف يك نوع پاك كننده سطوح سخت انجام گرفته است عمل ضد كف اولئيك اسيد با اضافه كردن مقدار كمي لوريل اتانل آميد ( LEA ) به حداقل رسانده شده است . [7]
با اندازه گيري هاي كدورت سنجي نشان داده شده است كه اضافه كردن LEA به سيستم پاك كننده ؛ قابليت انحلالي ماده پاك كننده را افزايش ميدهد . هنگاميكه اولئيك اسيد حل مي شود ديكر داراي خواص ضد كف نخواهد بود. تأثير پايداركنندگي كف آمين اكسايدها و ساير ادتيوها در حضور انواع مختلفي از چركهاي ضد كف در فرمولاسيونهاي مرسوم مورد مطالعه قرار گرفته است.[45,46]
توانند خود چرك را محافظت كند ، تضعيف خواهد شد . ( بعنوان مثال مواد پليمري از طريق مكانيسم محافظت چرك به راحتي ميتوانند كف را پايدار سازند )[35] علاوه بر اين ،اصلاح شيميايي چرك نيزراه ديگري براي پايدار كردن كف است مثلاً تبديل اسيدهاي چرب آزاد چربي ها و روغن ها به نمكهاي آنها از طريق تنظيم PH محلول ، نه تنها عمل ضد كف اسيدهاي چرب آزاد را به حداقل ميرساند بلكه حجم كف سيستم پاك كننده را هم تثبيت مي كند .
ج- به حداقل رساندن تحليل سورفكتانت ها Minimizing the Depletion of Surfactants
عملكرد يك شوينده را مي توان به صورت انحلال ( solubiliztion ) ، امولسيون كردن Emulsification) ) و يا پخش كردن ( Dispersion ) در نظر گرفت .
در حقيقت مولكولهاي سورفكتانت در يك محلول پاك كننده توسط چرك ها تحليل ميروند و تحليل سورفكتانت ها نيزبه نوبه خود منجر به فروپاشي كف مي شود.[47]
ادتيوهايي كه تحليل سورفكتانت ها را در پروسه پاك كنندگي به حداقل ميرسانند به راحتي قادرند پايداري كف را در همان سيستم بهبود بخشند . يك عامل امولسيوني ( با ذرات كوچك و پيوسته ) ، نمونه بارزي از اين ادتيوها مي باشد .[35]
حضور چنين امولسيوني در يك محلول حاوي ماده شوينده از تحليل مولكولهاي سورفكتانت كه ناشي از پيوستن قطرات كوچك امولسيون به قطرات بزرگ موجود در شوينده است جلوگيري مي كند .
انتخاب ادتيوهاي مؤثر بر كف Selecting Effective Foam additives
اگر چه يك روش عمومي و ساده برا ي انتخاب مؤثرترين ادتيوهاي كف از بين گستره وسيعي از موادي كه معرفي شد وجود ندارد اما تعدادي خطوط راهنما بر اساس داده هاي منتشر شده در اين زمينه مي تواند مفيد باشد .
الف – نوع بار سورفكتانت (Surfactant Charge Type):
يك نقطه شروع مناسب براي انتخاب ادتيو مناسب ، در نظر گرفتن بار سورفكتانت مي با شد
براي سيستمها ي كف كننده آنيوني يا كاتيوني ، ادتيوهاي نانيونيك بهترين پيشنهاد هستند ( مثل بكار گيري آميدها و آمين اكسايدها براي مايعات ظرفشويي دستي وشامپوها ). ميزان مؤثر بودن ادتيوهاي نانيونيك به فعاليت سطحي و سهولت اتصال آنها به لايه هاي كف بستگي دارد .
به همين ترتيب براي سيستمهاي كف كننده نانيونيك ، ادتيوهاي آنيونيك يا كاتيونيك ترجيح داده مي شود .اين انتخاب به خاطر نيازي است كه براي ايجاد برهمكنش بين بارهاي الكتريكي در لايه هاي كف وجود دارد. جدول زيرمثالهايي از سيستمهاي كف كننده معمول و ادتيو هاي كف مناسب هر يك را نشان ميدهد.
|
Stabilizing additives for various foaming
|
|
Additives
|
Foaming Systems
|
|
|
Anionic
|
|
Alkyl primary alcohols and nonionic polymers
|
Alkyl sulfates or sulfonates
|
|
Amine oxides,fatty carboxyl acids,
And phosphinoxides
|
Alky ether sulfates
|
|
Alkanol amides , amine oxides ,
alkyl sulfoxides and cationic polymers
|
Alkyl aryl sulfonates
|
|
Nonionic polymers and amides
|
Anionic and Amphoterics
Alkylethersulfonate and betaines
|
|
Nonionic Polymers , alkyl sulfoxides, fatty alcohols and Anionic surfactants
|
Nonioics
Ethoxylated alcohols
|
ب- سازگاري ساختماني سورفكتانت Surfactant Structural Compatibility)):
يكي ديگر از نظريات مهم در انتخاب يك ادتيو مؤثر ، عبارتست از سازگاري بين قسمتهاي هيدروفوب سورفكتانت هاي كف كننده و ادتيو ها معمولاً تركيبي مي تواند به عنوان يك پايدار كننده مناسب و مؤثر كف عمل كند كه داراي زنجيره هيدوركربن با طول مشابه زنجيره هيدروكربن سورفكتانت موجود در سيستم باشد . مثل لوريل الكل براي سديم لوريل سولفات ، لوريك اسيد براي پتاسيم لورات ، دي متيل دودسيل آمين اكسايد براي سديم دودسيل بنزن سولفونات و لوريك / ميريستيك دي اتانل آميد براي سديم دود سيل بنزن سولفونات. [49]
كارايي ادتيوهاي پايدار كننده كف به ماهيت زنجيره هيدروكربن سورفكتانت ها هم بستگي دارد . معمولاً كف سور فكتانت هاي داراي گروه هيدروفوب راست زنجيره در مقايسه با نمونه هاي شاخه دار آنها نسبتاً پايدارتر است . ترتيب قابليت پايداري كف براي سودفكتانت هاي مختلف به صورت زير مي باشد. [49]
Primary alkyl sulfates > n-Alkyl sulfonates > Secondary Alkyl Sulfate > n-Alkyl Benzene Sulfonate > Branched Chain Alkyl Benzene sulfonate
اين ترتيب دقيقاً مطابق با كاهش نيروهاي واندروالس تركيب مشابه داراي هيدروكربن راست زنجيره است .
ج – توانايي ادتيوها در كاهش سي ام سي( ( CMC-Lowering Ability of the Additives:
قدرت كف كنندگي محلول يك سو ر فكتانت ، در غلظتي برابر يا بالاتر از سي ام سي آن محلول به حداكثر مقدار خود ميرسد[48]. ادتيوهاي آلي و معدني ميتوانند هم موجب افزايش و هم كاهش سي ام سي محلول سورفكتانت شوند . قابليت كف كنندگي و پايداري كف به توانايي ادتيوها در كاهش سي ام سي ( غلظت بحراني ميسل ) سورفكتا نت ها بستگي دارد .
شيك و فوكس تحقيقات سيستماتيكي درباره انواع ادتيوها و تأثير آن ها در سي ام سي محلول سورفكتانت و پايداري كف آنها انجام دادندو به اين نتيجه رسيدند كه ادتيوهايي كه منجر به كاهش سي ام سي مي شونددر پايداري كف بسيار مؤثرتر عمل ميكنند [7].
اين مواد ، تركيبات غير شاخه اي آلكانها با طول زنجير برابر با دترژنت مورد نظر را شامل مي شوند كه در يك سر آنها گروه هاي قطبي نانيونيك به شدت هيدروفيل قرار دارد .
ارتباط بين پايداري كف و كاهش سي ام سي الكلهاي راست زنجير نوع اول بوسيله راس و برانفيت گزارش شده است [50]
د- قطبيت ادتيوها( Polarity of Additives):
قطبيت ، توانايي ادتيورا براي واكنش با مولكولهاي سورفكتانت در لايه هاي كف و همچنين مولكولهاي آب همراه آن تعيين ميكند .
قدرت و استحكام نيروهاي بين مولكولي، خواص فيزيكي لايه هاي كف و تقريبا پايداري كف را تحت تأثير قرار ميدهد .
ادتيوهاي داراي گروههاي قطبي قادراند پيوندهاي هيدروژني چند گانه اي را تشكيل دهند كه براي پايداري كف دلخواه مي باشد . پايداري كف بالاي آلكانول آميدها مرهون همين مسأله است .
سوير ، ميزان پايداركنندگي كف ادتيوهاي حاوي گروه هاي قطبي متفاوت را به ترتيب زير گزارش كرده است.[51]
n-Polar substituted Amides > unsbstituted Amides > sulfo Amyl Ethers > Blycerol Ethers > Primary Alcohols
در خطوط راهنماي فوق ، عمدتاً بسياري از ادتيوها ي كف متداول انتخاب شده است ( مثل تركيبات آلي ) ،به كارگيري انواع ديگر ادتيوها شامل الكتروليت ها ، ذرات بسيار ريز ، پلي مرها و بيو پليمرها كه معمولاً هم كمتر مورد استفاده قرار ميگيرند ، براي برخي كاربردهاي خاص با مزيت هايي همراه است.
به هنگام استفاده ازاين مواد بايد كاربرد آنها در سيستم و همچنين اثرات احتمالي ديگري كه ممكنست به همراه داشته باشند راموردتوجه قرار داد..
REFRENCES
1-Robert K.Prud'homme& Saad A. Khan, FOAMS Theory, Measurements, and Applications, chapter 8 Additives for foams, Kuo Yann Lai and Nagraj Dixit ., ( 1996)
2-A.G.Brown, W.C.Thuman, and J.W .Mc .Bain, J .Colloid Interface Sci., 8:491(1953)
3-G.D.Miles, L.Shedlovsky, andJ.Ross, J.Phys.Chem., 49:93(1945)
4-L.Shedlovsky, J.Ross, andC.W.Jakob, J .Colloid Interface Sci., 4:25(1949)
5-T.F.Ling, H.K.Lee, and D.O.Shah, Industrial application of surfactants (dr. arsa,ed .),The Royal Society of Chemistry,London,1987,p.126
6-M.B.Epstein, A.Wilson, C.W.Jacob, L.E.Conroy, and J .Ross, J.Phys.Chem, 58:860(1954)
7-M.J.Schick and F.M. Fowks, J.Phys.Chem, 61:1062(1957)
8-H.C.Kung and E.D .Goddard, J .Phys.Chem., 68:34654(1964)
9-W.M.Swayer and F.M.Fowks, J.Phys.Chem, 62:159(1958)
10-P.Becher and A.J .Del Vecchio, J.Phys.Chem, 68:3511(1964)
11- G.D .Miles and J. Ross, J.Phys.Chem. 48:280(1944)
12-J.Smidrkai, V.Krob, V.Klecan, E, Smidrkalova, and J. Korinek, CS 273737 B1 (1992)
13-J.Kritchevsky and H.L .Sanders, ISI Conger .Mondial Detergence ET Prods.Tensioactifs, Paris, 1,133(1954)
14-J.Renaud, and J.P.Narcy, U.S.Patent 4,040,989, issued to Colgate Palmolive Company (1978)
15- J.Renaud, U.S. Patent 4,102,826, issued to Colgate Palmolive Company (1978)
16-T.L.Coward, C.Baker and B .Ash , U.S .Patent 3,332,878 issued to Procter and Gamble Company (1967)
17-S.L.Eaton and E.F.gebhardtt,U.S. Patent 3,179,599, issued to Procter and Gamble Company (1965)
18-K.R.Dutton and W.R.Reinisch,Soap, Perfume Cosmet., 31:44 (1958)
19-H.M.Priestly and J.H.Wilson,Belgian Patent603,337,issued to unilever,N.Y.(1961)
20-T.P.Maston, J.Am.Oil Chem.Soc., 40:640(1963)
21-D.G.Kolp, R.G.Laughiln, F.P.Krause, and R.E.Zimmerer, J.Phys.Chem ., 67:51(1963)
22-M.G.Rosen, D.Friedman and M.Gross, J.Phys.Chem, 11:3219(1964)
23-BASF, DT Patent 806,388 (1948)
24- Henkel,DAs 1135606 ,(1961)
25- H.M.Priestley and N.Bergen,U.S.Patent 3,331,878 , to Lever Brothers Company(1967)
26-H.M. .Priestley, N.Bergen and J.H.Wilson,U.S.Patent 3,382,180, issued to Lever Brothers Company (1968)
27-M.Camp and K.Durham, J.Phys.Chem, 59:993 (1955)
28-D.S.H.Sita Ram Sarma and K.C.Khiler,J.Colloid Interface Sci., 137:300(1990)
29-B.T.Ingram.J.Chem Soc.Faraday I., (68):2230(1972)
30-L.D.Skryler, V.V.Sviridev, F.L.Molochnikova,and L.A.Kuzmina,Zh.prikl Khim(Leningrad),m47(4):797(1974)
31-F.Q.Tang, Z.Xiao, J.A.Tang and L.Jiang,J.Colloid Interface Sci., 131:498(1989)
32- H.Nakashima, J.Chem.Soc.Jpn Ind.Chem.Sect. 56:611(1953
33-S.Lionti- Added,M Di, and M.joan,Langmuir,8:324(1992)
34-E.D.Gaddard and R.B. Hannan,J.Colloid Interface Sci., 55:73(1976)
35- K.Y.Lai,R.C.Peirce,J.Depre,and H.S.Killam,U.S.Patent 4,454,060,issued to Colgate Palmolive Company(1984)
36-K.Y.Lai, U.S.Patent 4,877,546, issued to Colgate Palmolive Company (1989)
37-M.K.Nagarjan, Soap Cosmet.Chem.Spec.October(1987)
38-N.Sarar, J.Appl.Polym.sci, 24:1073(1979)
39-A.Formulator; s Guide Methocel Cellulose Ethers in Personal Care Products,Dow Chemical Company
40-G.A.Richardson and M.S.El-Rafer,J.Dairy Sci., 31:323(1948)
41-C.W.Bornforth, in Food Colloid (R.D.Bee,P.Richmond,and J.Mingins,eds.),Royal Society of Chemistry, London,1989,p.48.
42-D.E.Graham and M.C.Philips,in Theory and Practies of Emulsion Technology,S.C.I.Symp Brunei University (A.C.Smith,ed),New York/London,1976,p.75
43-A.Vrij Discuss.Faraday Soc.42:23(1966)
44-A.Prins and V.V.Vader,in Proceedings,Vlth Int.Congress on Surface Activity, Vol.II.Carl Hanser Verlag,Munich,1973,partII,p.441.
45-K.R.Smith, R.O.Johannessen, and D.B.Baure, J.Soc.Cosmet.Chem, 38:43(1987)
46-R.Hart, Soap Cosmet.Chem Special.July 31,(1981)
47-J.A.Wingrave, Household and Porsonal Care Products Industry, November., p.33 (1981)
48-K.Shinoda, T.Yamaguchi, and R.Hori,Bull Chem.Soc.,Jpn,34:237(1961)
49-M.Rosen, Surfactants and Interfacial Phenomena,Ghon Wiley and aons,new York,1988.
50- S.Ross and T.H.Bramfitt, J.Phys. Chem .10:1261(1957)
51-L.Sheldovsky, J.Ross, and C.W.Jakob,J.Colloid Interface Sci., 4:25(1949)
|