انواع سورفکتانت‌های مورد استفاده در شوینده‌ها

سورفکتانت‌ (Surfactants) ، که مخفف Surface Active Agent می باشد، ترکیبات شیمیایی amphiphilic هستند که دارای دو قسمت آب‌دوست (hydrophilic) و آب‌گریز (hydrophobic) می‌باشند. بخش آب‌دوست معمولاً قطبی است و می‌تواند با آب پیوند هیدروژنی ایجاد کند، در حالی که بخش آب‌گریز معمولا غیرقطبی و دارای زنجیره هیدروکربنی می باشد. این ساختار خاص اجازه می‌دهد تا سورفکتانت‌ها میزان کشش سطحی آب را کاهش دهند و امولسیون‌ها  را ایجاد کنند، سپس کف تولید کنند و آلودگی‌ها و اضافات را از سطوح جدا کنند. در صنعت شوینده‌ها، سورفکتانت‌ها نقش اصلی را اجرا می‌کنند زیرا بدون آن‌ها، آب به تنهایی نمی‌تواند چربی‌ها، روغن‌ها و ذرات کثیفی را از بین ببرد و جدا کند.

تاریخچه استفاده از سورفکتانت‌ها به دوران بسیر قدیم بازمی‌گردد، جایی که صابون‌های طبیعی از چربی‌های حیوانی و گیاهی ساخته می‌شدند. اما توسعه سورفکتانت‌های سنتزی در قرن بیستم، به ویژه پس از جنگ جهانی دوم، انقلاب عظیمی در صنعت شوینده ایجاد کرد. امروزه، تولید جهانی سورفکتانت‌ها بیش از ۱۵ میلیون تن در سال می باشد. در شوینده‌های مورد استفاده برای خانه مانند پودرهای لباسشویی، مایع ظرفشویی، شامپوها و صابون‌های مایع، سورفکتانت‌ها حدود ۱۰-۴۰ درصد فرمولاسیون را تشکیل می‌دهند.

انواع شوینده‌ها شامل شوینده‌های لباس و ظرف ، محصولات مراقبت شخصی مانند شامپو و ژل شست و شوی از انواع شوینده‌های صنعتی می باشند. هر نوع شوینده بر اساس کاربرد و مواد تشکیل دهنده ی متفاوت، از سورفکتانت‌های متغیری استفاده می‌کند. برای مثال، در شوینده‌های لباس، سورفکتانت‌هایی که کف زیادی تولید می‌کنند و در آب سخت مقاوم هستند، ارجحیت دارند.

انواع سورفکتانت‌ها

سورفکتانت‌ها بر اساس بار الکتریکی که دارند (head group) ، به چهار دسته اصلی تقسیم می‌شوند: آنیونیک، کاتیونیک، غیریونی و آمفوتریک. هر دسته خواص و ویژگی های متفاوتی دارد که آن را برای کاربردهای متنوع مناسب می سازد.

سورفکتانت‌های آنیونیک (Anionic Surfactants)

این دسته، پرمصرف‌ترین نوع سورفکتانت‌ها در شوینده‌ها می باشند و حدود ۵۰ درصد بازار سورفکتانت ها را تشکیل می‌دهند. این دسته از این مواد داری سر آبدوست با بار منفی می باشند، مانند سولفات ها  (-SO4)، سولفونات ها  (-SO3)، فسفات یا کربوکسیلات ها (-COO) . ساختار شیمیایی معمول شامل یک زنجیره آلکیلی متصل به گروه قطبی می باشد.

خواص: این سورفکتانت‌ها کف زیادی تولید می‌کنند، قدرت پاک‌کنندگی بالایی دارند و در حذف چربی‌ها و ذرات آلودگی مؤثر هستند. اما در آب سخت (حاوی کلسیم و منیزیم) ممکن است رسوب کنند، بنابراین معمولا با بیلدرها (builders) ترکیب می‌شوند. حساسیت این گروه به pH کم می باشد و در محیط‌های قلیایی پایدار می باشند.

مثال‌ها:

– سدیم لوریل سولفات: (Sodium Lauryl Sulfate – SLS)

ساختار:. CH3(CH2)11OSO3Na  

در شامپوها، خمیردندان‌ها و مایع ظرفشویی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. کف زیاد و غلیظ ایجاد می‌کند اما ممکن است پوست را خشک کند.

– سدیم لورت سولفات: (Sodium Laureth Sulfate – SLES)

مشابه SLS اما ملایم تر که دارای گروه‌های اتوکسیله می باشد. استفاده از این ماده در شامپوهای سر بدن رایج می باشد.

– آلکیل‌بنزن سولفونات خطی (Linear Alkylbenzene Sulfonates – LABS) :

ساختار: .C6H5-(CH2)n-SO3Na (n=10-14)

 در پودرهای لباسشویی بیشتر مورد استفاده واقع می‌شود. همچنین دارای قدرت پاک‌کنندگی عالی برای لکه‌های روغنی.

کاربرد این سورفکتانت  در شوینده‌ها: در شوینده‌های لباس حدودا تا ۲۰ درصد و در مایع ظرفشویی دستی حدودا ۱۳-۴۰ درصد از فرمولاسیون را تشکیل می دهد. مثلاً در مایع ظرفشویی، LABS با سولفات‌های اتر آلکیلی ترکیب می‌شود تا کفی پایدار تر ایجاد کند.

معایب: ممکن است باعث تحریک پوست شود و در محیط‌های اسیدی  با PH بالا ناپایدار می باشد.

سورفکتانت‌های کاتیونیک (Cationic Surfactants)

این دسته از سورفکتانت‌ها دارای سر آبدوست با بار الکتریکی مثبت هستند، معمولاً بر پایه آمونیوم کواترنری یا نمک‌های آمینی می باشند. این ترکیبات برخلاف نوع آنیونیک ، خواص نرم‌کنندگی، آنتی‌استاتیک و ضدمیکروبی قوی دارند و با سطوح با ‌بار منفی مانند مو، پارچه یا پوست به راحتی پیوند تشکیل می دهند. با این حال، به دلیل ناسازگاری با سورفکتانت‌های آنیونیک و تحریک‌پذیری احتمالی پوست، استفاده از آن‌ها کمتر می باشد و اغلب در فرمولاسیون‌های خاص به کار می‌رود.

مثال‌ها:

– ستریمونیوم بروماید (Cetrimonium Bromide – CTAB) : در نرم‌کننده‌های مو استفاده می‌شود.

– بنزالکونیوم کلراید (Benzalkonium Chloride – BAC) :در ضدعفونی‌کننده‌ها و نرم‌کننده‌های پارچه استفاده می شود.

– استر کوات‌ها (Esterquats) : با پیوندهای استری برای زیست‌تخریب‌پذیری و محیط زیست مناسب تر هستند، در نرم‌کننده‌های لباس نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد در شوینده‌ها: عمدتاً در نرم‌کننده‌های پارچه و مو استفاده می شوند.پس از شستشوی لباس یا مو از نرم کننده ی حاوی سورفکتانت کاتیونیک استفاده می‌شوند تا الکتریسیته ساکن را کاهش دهند و نرمی ایجاد کنند. در محصولات ضدباکتری مانند اسپری‌های تمیزکننده نیز از این سورفکتانت استفاده می شود.

معایب: سمیت بالاتر برای موجودات آبزی و گران بودن و امکان ایجاد حساسیت برای پوست و مو.

سورفکتانت‌های غیریونی (Non-Ionic Surfactants)

این دسته فاقد بار الکتریکی هستند و سر آبدوست آن‌ها از زنجیره‌های پلی‌اتیلن اکسید یا پلی‌گلوکوزید تشکیل شده است. حدود ۴۰ درصد از سورفکتانت‌های موجود را تشکیل می‌دهند.

خواص: مقاوم به آب سخت، کف کم، امولسیفایری عالی و ملایم برای پوست. این مواد نقطه ابری شدن  (cloud point) دارند که باعث می شود در دماهای بالاتر حلالیت آن ها کاهش ‌یابد، بنابراین برای شستشوی در دمای پایین مناسب‌اند.

انواع:

– الکل‌های چرب اتوکسیله (Fatty Alcohol Ethoxylates) مانند C12-15 Pareth-7 که از الکل‌های طبیعی یا سنتزی ساخته می‌شوند.

– آلکیل پلی‌گلوکوزیدها (Alkyl Polyglucosides – APGs) که مشتق شده از قند و الکل چرب می باشند، زیست‌تخریب‌پذیر و قابل تجزیه می باشند به همین دلیل در شوینده‌های سبز  و دوست دار محیط زیست استفاده می‌شوند.

– پلی‌سوربات‌ها (Polysorbates) مانند Tween 20یا Tween 80 که به عنوان امولسیفایر (عامل پایدارکننده امولسیون‌ها) عمل می‌کنند و کمک می‌کنند روغن و آب با هم مخلوط شوند.

کاربرد در شوینده‌ها: در شوینده‌های ماشین ظرفشویی (۱-۵ درصد)، شامپوهای ملایم و مایع ظرفشویی. اغلب با آنیونیک‌ها ترکیب می‌شوند تا قدرت پاک‌کنندگی را افزایش دهند. همچنین در شوینده‌های صنعتی برای حذف روغن‌های سنگین نیز استفاده می شوند.

معایب: دارای کف کم، که برای برخی از مصرف‌کنندگان نامطلوب می باشد.

سورفکتانت‌های آمفوتریک (Amphoteric Surfactants)

این دسته دارای هر دو بار مثبت و منفی می باشد و بسته به pH رفتار آنیونیک یا کاتیونیک نشان می‌دهند.

خواص: ملایم‌ترین نوع، کم‌تحریک برای پوست و چشم، سازگار با دیگر سورفکتانت‌ها و همچنین کف پایدار ایجاد می‌کنند و در فرمولاسیون‌های دشوار مفید می باشند.

مثال‌ها:

– کوکامیدوپروپیل بتائین (Cocamidopropyl Betaine) مشتق شده از روغن نارگیل که در شامپوهای مخصوص کودکان و سبک کاربرد فراوان دارند.

– لوریل دی‌متیل‌آمین اکسید (Lauryl Dimethylamine Oxide): بیشترین کاربرد آن در مایع‌های ظرفشویی و شوینده‌های سطوح سخت است، جایی که به عنوان تقویت‌کننده کف، پایدارکننده امولسیون و بهبوددهنده پاک‌کنندگی چربی نقش دارد.

– سولتائین‌ها (Sultaines): بیشترین استفاده را در محصولات مراقبت شخصی مثل شامپوها (به ویژه شامپوهای بچه و بدون سولفات)، ژل‌های دوش، صابون‌های مایع، پاک‌کننده‌های صورت و حتی برخی مایع‌های ظرفشویی ملایم دارد

معایب: گران‌قیمت و کمیاب تر نسبت به دیگر سورفکتانت ها.

اثرات زیست‌محیطی

سورفکتانت‌ها می‌توانند باعث آلودگی آب شوند. آنیونیک‌ها مانند LABS زیست‌تخریب‌پذیر هستند اما محصولات حاصل از تجزیه شدن آن ها مانند نونیل‌فنول (از آلکیل‌فنول اتوکسیلات‌ها) باعث ایجاد اختلال غددی می شوند. کاتیونیک‌ها سمیت بالایی برای ماهی‌ها دارند. غیریونی‌ها کمتر سمی هستند اما ممکن است تجمع زیستی ایجاد کنند. البته، بیو سورفکتانت‌ها مانند APGs که از منابع تجدیدپذیر مشتق می شوند، در فاضلاب سریع‌تر تجزیه می‌شوند اما همچنان نگرانی برای موجودات آبزی وجود دارد.