مواد فعال سطحی (Surfactant)(Surface Active Agent)

مواد فعال سطحی یا سورفکتانت ها، طبق نظریه ” شوارتز و پری ” موادی هستند که میتوانند انرژی سطحی را بین

سطح مشترک سیالات به میزان زیادی تغییر دهند. رفتار مولکولهای فعال سطحی طوری است که دوست دارند جذب

سطح مایعات شوند. چنین مولکولهایی دارای فعالیت زیادی در سطح مشترک هوا و آب و یا آب و روغن میباشند.

ساختمان مولکولی این مواد شامل دو قسمت مجزای ساختمانی است، قسمت آب دوست) چربی گریز ( و قسمت آب

گریز) چربی دوست.(

A hydrophobic (water-hating) tail and a hydrophilic (water-loving) tail

هر چه طول زنجیر هیدروکربنی بلندتر باشد تمایل به جذب در سطح مشترک دو فاز بیشتر شده و در نتیجه کشش

سطحی بیشتر کاهش مییابد و به دلیل این که مواد فعال سطحی دارای سر آبدوست و آبگریز هستند باعث پایداری

لایههای سطحی و در نتیجه باعث پایداری سیستم میشود. از این خاصیت مواد فعال سطحی، برای اختلاط مایعات

امتزاج ناپذیر و ایجاد امولسیون استفاده میشود. امولسیون نتیجه پراکنش و اختلاط دو سیال غیر امتزاج پذیر است

بطوریکه برای مدت زمان مناسبی این دو فاز از یکدیگر جدا نشوند. در این اختلاط معمولا یک سیال، فاز غالب یا

پیوسته بوده و بخش اعظم حجم مخلوط را به خود اختصاص میدهد و یک سیال به عنوان فاز گسسته، سهم کمی از

حجم مخلوط را اشغال میکند.

دسته بندي انواع امولسيون ها

بهطورکلی امولسیونهای متداول که شامل آب و روغن هستند با توجه به فاز پیوسته و فاز پراکنده به دو دسته کلی

تقسیم میشوند، آب در روغن ) W/O ( و روغن در آب ) O/W ( و در برخی موارد امولسیونهای چندگانه که شامل

آب در روغن در آب ) W/O/W ( یا روغن در آب در روغن ) O/W/O ( تشکیل میشوند. سیستمی که شامل

قطرات آب پراکندهشده در فاز روغنی باشد، امولسیون آب در روغن نامیده میشود، )برای مثال مارگارین و کره( و

سیستمی که شامل قطرات روغن پراکندهشده در فاز آبی باشد، امولسیون روغن در آب نامیده میشود. برای مثال

شیر، سسها، سوپها، شربتها و مایونز.( تفاوت انواع امولسیونها بر طبق فاز پراکنده و فاز پیوسته در شکل 1 نشان

دادهشده است

شکل :1 تفاوت انواع امولسیونها

تشکيل امولسيون

به طور کلی سه مرحله اصلی برای تشکیل امولسیون پایدار وجود دارد:

-1 دو مایع مخلوط نشدنی باید در تماس با یکدیگر قرار گیرند؛

-2 جزء فعال سطحی باید به عنوان عامل امولسیونساز حضور داشته باشد؛

-3 مخلوط به میزان کافی اختلاط داشته باشد تا یک مایع به صورت قطرات در دیگری پخش گردد.

پايداري امولسيون

برخی از امولسیونها به سرعت به فازهای روغن و آب جداگانه تبدیل میشوند، در حالی که امولسیونهای پایدارتر میتوانند برای روزها تا سالها حالت خود را حفظ کنند. تحقیقات اخیر نشان میدهد که گرانروی امولسیون با پایداری آن رابطه دارد.

قطرات، از

سطحی در

فیلم

حضور

قطرات و

کوچک

اندازه

پارامترهای موثر در پایداری امولسیون میباشد.

امولسیون را می توان با توجه به پایداری و تعاریف عملیاتی، به امولسیون پایدار، ناپایدار و نیمهپایدار طبقهبندی نمود.

پایداری امولسیون، علاوه بر تاثیر مواد فعال سطحی، به شدت تحت تأثیر دما و pH فاز آبی میباشد.

طبقه بندي امولسيونها بر اساس اندازه قطرات

بیشتر خواص امولسیونها مانند پایداری، رئولوژی، ظاهر، رنگ و بافت آنها به اندازه قطرات امولسیون و توزیع آنها

بستگی دارد؛ به همین دلیل کنترل، پیشبینی، محاسبه و گزارش اندازه قطرات در امولسیونهای بهینهشده برای

کاربردهای مختلف، بسیار مهم و ضروری است. امولسیونها بر اساس اندازه قطرات و ساختار ترمودینامیکی به ماکرو

امولسیون، میکرو امولسیون و نانو امولسیون دسته بندی میشوند.

الف- ماکرو امولسيون

اندازه قطرات در ماکرو امولسیونها بزرگتر از 400 نانومتر است و کدر میباشند، زیرا اندازه ذرات بزرگتر از طول

موج نور مرئی است. ماکرو امولسیونها از نظر ترمودینامیکی ناپایدار هستند. در صنایع غذایی پرکاربردترین نوع

امولسیون، ماکرو امولسیون میباشد که در بسیاری از محصولات مانند شیر، مایونز، دسرها، پوششدهندهها و غیره

بهکار برده میشوند.

ب- نانو امولسيون

نانو امولسیون، امولسیونی با قطرات با اندازه کوچکتر از 400 نانومتر است. نانو امولسیونها، همانند میکرو امولسیونها

نسبت به نور شفاف یا کدورت کمتری دارند، زیرا آنها نور کمتری را پخش میکنند. در مقایسه با ماکرو امولسیونها، نانو امولسیونها پایداری بهتری در برابر لخته شدن، انعقاد و تبدیل ذرات کوچک به ذرات بزرگ¬تر دارند. اگرچه در

نگرش کلی برخلاف میکرو امولسیونها، نانو امولسیونها از نظر ترمودینامیکی ناپایدار هستند، اما دارای پایداری

سینتیکی بلندمدت هستند، زیرا میکرو امولسیونها توسط خود تجمعی شکل میگیرند، درحالیکه ماکرو امولسیونها

و نانو امولسیونها توسط نیروی مکانیکی شکل میگیرند. این مورد تفاوت اصلی میان یک نانو امولسیون و میکرو امولسیون است. نانو امولسیونها می¬توانند در مقادیر زیاد تولید شوند. اندازه کوچک قطرات و ویژگیهای خاص نانو

امولسیونها، مزایایی را برای استفاده از آنها در بسیاری از فناوریهای کاربردی در مقایسه با امولسیونهای معمولی

ایجاد کرده است. همچنین دوره طولانی پایداری فیزیکی، نانو امولسیونها را از انواع معمولی متمایز میکند و گاهی اوقات آنها را دارای پایداری ترمودینامیکی می¬دانند. اندازه بسیار کوچک قطرات نانو امولسیون از ایجاد پدیده کرم¬شدن و تشکیل رسوب در هنگام نگه¬داری جلوگیری می-کند، زیرا ریز بودن قطرات مانع بههمپیوستگی و

لخته شدن در سطح میشود. نانو امولسیونها سطح ویژه بالایی دارند و به همین دلیل نفوذپذیری بسیار زیادی دارند

که آنها را به یک سیستم انتقال موثر تبدیل کرده است. برخلاف میکرو امولسیونها که به غلظت بالایی از سورفکتانت

نیاز دارند، نانو امولسیونها در حضور غلظت کمتری از این مواد تشکیل میشوند

ج- ميکرو امولسيونها

میکرو امولسیونها، بهعنوان میسلهای بادکرده شناختهشدهاند و دارای قطرات با شعاع بین 10 تا 100 نانومتر

میباشند. معمولًا برای ساخت نانو امولسیونها و میکرو امولسیونها به مواد اولیه مشابهی نیاز است: یک فاز روغنی،

یک فاز آبی، یک عامل فعال سطحی و احتمالًا یک سورفکتانت کمکی. میکرو امولسیونها ماهیت پیچیدهای داشته و نیاز به وجود روغنهای خاص، سورفکتانت¬های سنتزی با غلظت بالا دارند و در نهایت فرآیند تولید آن از نظر قیمت

گران است. همچنین، با تغییر شرایط محیط )مانند ترکیب و دما( تمایل به تجزیه شدن دارند.

شکل :2 دسته بندی امولسیون بر مبنای اندازه قطرات