مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون

تغییر در درجه ی یونیزاسیون و رفتار متراکم شوندگی صابون ها در زمان تغییر در pH، می تواند در بسیاری از خواص ایجاد شده، ،مؤثر باشد. پدیده های مربوط به pH و pK_a در اسیدهای چرب و کاربردهای تکنولوژیکی آنها بوسیله ی Kanicky و همکارانش مورد بررسی قرار گرفته است. آنها فهمیدند که خواص بهینه برای سدیم لورات (در غلظت های پایین تر از غلظت CMC) در pH هایی مشاهده شده است که در نزدیکی pK_a تغییر می کنند (شکل 1). بر اساس این مشاهده ها، آنها پیشنهاد کردند کهه در pK_a، یک میزان برهمکنش دو قطبی ماکزیمم میان گونه های یونیزه و یونیزه نشده، رخ می دهد. این مسئله منجر به ماکزیمم شدن ناحیه ای می شود که یک مولکول در مونولایه به خود اختصاص داده است. به طور مشابه، Somasundaran و همکارانش فهمیدند که فلوتاسیون هماتیت با جمع کننده های آنیونی ضعیف مانند اسید اولئیک، ماکزیمم تمایز خود را در pH برابر با 8 نشان می دهد. وقتی pH کاهش می یابد، وجود کمپلکس های صابونی- اسیدی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این مسئله منجر به افزایش فعالیت سطحی گونه های اولئاتی و بهبود فلوتاسیون می شود. اگر pH باز هم کاهش یابد و به ناحیه ی اسیدی برسد، وجود صابون های یونی و کمپلکس های صابون- اسید کاهش می یابد، در حالی که میزان اسید تفکیک نشده، ثابت باقی می ماند. این مسئله منجر به کاهش در فلوتاسیون هماتیت و افزایش کشش سطحی می شود. بنابراین، بیشترین تعداد از گونه های فعال سطحی در گستره ی pH خنثی وجود دارند.

اخیراً Novales و همکارانش اثر اجزای آلی بر روی پراکنده سازی اسید چرب و نمک های مشتق شده از هیدروکسیل در محلول های آبی را مورد بررسی قرار دادند (این محلول ها برای تولید فوم ها و امولسیون ها استفاده می شوند). نمک های تترابوتیل- آمونیوم از اسید پالمیتیک، اسید استئاریک هیدروکسی 12 و اسید پالمیتیک هیدروکسی 8، موجب تشکیل محلول های ایزوتروپی از میسل ها، می شوند، در حالی که نمک های اتانوآمین از همین اسید ها در محلول های گل آلود، دو شکستی و لایه ای، تشکیل می شوند. این پلی مرفی ها، نشاندهنده ی اثر یک گروه هیدروکسیل در داخل لایه ی هسته ای آب گریز است. فوم ها و امولسیون های تولید شده از محلول نمک های اتانوآمینی، پایدارتر از فوم ها و امولسیون های تولید شده از محلول نمک تترابوتیل- آمونیوم هستند. این نتایج از لحاظ اندازه ی بخش ها، نوع مولکول های لیپیدی و تشکیل پیوند هیدروژنی در میان لیپیدهای موجود در هسته ی میسلی، مورد بررسی قرار گرفته اند.
صابون ها عموماً برای موجودات آبزی، سمی نیستند. مقدار EC50 گزارش شده ی لئورات ها برای جلبک ها، ماهی ها و دلفین ها، به ترتیب، 53.0، 11.0 و 10.2 میلی گرم بر لیتر است. وقتی حلالیت صابون در آب های محیطی کمتر از آب چاه است، میزان در دسترس بودن بیولوژیکی صابون عموماً کمتر از آب های محیطی است. بنابراین، این مسئله عموماً مورد قبول است که صابون، در محیط های آبی سمیت کمتری نسبت به شرایط آزمایشگاهی دارد.

استرهای تولیدی از اسیدهای چرب پلی اتیلن گلیکول

اتوکسیلاسیون مستقیم اسیدهای چرب و چربی ها با استفاده از کاتالیست های متداول، منجر به ایجاد مخلوط های پیچیده ای از دی استرها و مونواسترها و همچنین انواع مختلفی از پلی اتیلن گلایکول ها و محصولات فرعی دیگر، می شود. در این مخلوط ها، تعداد واحدهای پلی اتیلن گلایکول، متفاوت می باشد. علارغم غیر هموژن بودن ترکیب محصول نهایی، این مواد دارای استفاده های گسترده ای به عنوان امولسیون کننده های مورد استفاده در غذا و همچنین کاربردهای فنی هستند.
محدودیت های مربوط به اتوکسیلاسیون مستقیم که در حقیقت از اواخر دهه ی 1980 به عنوان یک روش متداول مورد استفاده قرار می گیرد، برطرف شده است. بر اساس تجربه ی بدست آمده، کاتالیست های جدیدی توسعه یافته اند که توانایی اتوکسیلاسیون مستقیم الکیل استرهای با زنجیره ی کوتاه را دارا می باشند. Cox و Weerasooriya به صورت گسترده ای بر روی این تکنولوژی اتوکسیلاسیون کار کردند. تفاوت در توزیع واحدهای اتیلن اکسید میان یک متیل استر از اسید چربی که با کاتالیست های هیدروکسیدی متداول اتوکسیله شده اند، و همچنین آن دسته از این مواد که با استفاده از کاتالیست های جدید، تولید شده اند، در شکل 2 آورده شده است. این توزیع دارای پیک می باشد و میزان متیل استرهای چربی غیر واکنش داده در بخش ها دیگر، به طور قابل توجهی کاهش می یابد. بعدها Thratnig نحوه ی ایجاد اثر مشابه در توزیع واحدهای اتیلن اکسید (EO) را برای اتوکسیلاسیون اسیدهای چرب را نشان داده شده است. علاوه بر این، این روش همچنین قابلیت استفاده برای چندین نوع از استرهای اسید چرب مانند تری گلیسریدها و یا الکیل استرهای شاخه دار، را دارا می باشد. Alejski و Bialowas و همکارانشان، نحوه ی انجام واکنش اکسی اتیلاسیون را برای استرهای متیل مشتق شده از اسید چرب، را مورد بررسی قرار دادند. به طور خاص، اتوکسیلاسیون متیل استرهای ارزان قیمت در روغن های متداول مانند روغن کلزا جذاب می باشد زیرا تولید این استر به عنوان یک جایگزین در اروپا، افزایش یافته است.

برخی از محققین همچنین خواص متیل استرهای تولید شده با این روش را مورد بررسی قرار دادند و فهمیده اند که استرهای پلی اکسی اتیلنی مربوط به این اسیدهای چرب، خاصیت امولسیون سازی، روان سازی و پراکنده سازی بسیار خوبی هستند. همچنین ویژگی شویندگی و خاصیت ضد استاتیکی آنها نیز مناسب است از این رو، می توان از آنها در بسیاری از کاربردهای فرآوری پارچه، استفاده کرد. ترشوندگی خوب، نفوذ و خواص پراکنده سازی مناسب، نشان می دهد که CMC تا حدی در این مواد بالاتر است و کشش سطحی در CMC برای متیل استرهای اتوکسیلاتی شده، پایین تر است. زنجیره ی EO حاوی متیل منجر به کاهش پروفایل فومی شدن می شود و موجب کاهش نقطه ی ابری شدن به میزان 10 درجه ی سانتیگراد، می شود. به هر حال، ظرفیت شستشوی این مواد بسیار خوب نیست که علت آن، قابلیت انحلال پایین چربی و قابلیت ایجاد فوم پایین در آنهاست. با وجود این، Renkin و همکارانش کارایی شستشوی مربوط به متیل اتوکسیلات ها را با چندین واحد EO مورد بررسی قرار دادند. این فرمولاسیون ها در لباسشویی ها استفاده می شد. به همین ترتیب، Littau و Miller مزیت های مربوط به مخلوط سازی متیل استر اسید چرب با سورفکتانت های آنیونی و غیر آنیونی را مورد بررسی قرار دادند تا بدین صورت بتوانند کارایی تمیزکاری را مورد بررسی قرار دهند. Hama و همکارانش رابطه ی ساختار- خواص را با تغییر در ساختار اسید چرب و میزان EO ها مورد بررسی قرار دادند. متیل لورات های با میزان اتیلن اکسید 60 تا 70 %، مناسب ترین مورد برای استفاده در شوینده های خانگی می باشند.
آزمون های مختلفی نشان می دهد که متیل استرهای اتوکسیلاته شده، موجب بهبود نرمی دست انسان می شوند (در مقایسه با الکل اتوکسیلات های متداول). از نقطه نظر خواص محیط زیستی، متیل استرهای اتوکسیلاتی به سرعت زیست تخریب پذیر می باشند و میزان سمی بودن آنها نیز کمتر از الکل اتوکسیلات ها، می باشد. به هر حال، مزیت محیط زیستی مانند زیست تخریب پذیری سریع، نتوانسته است پایداری آب گریزی ضعیف این محصولات را پوشش دهی کند، مخصوصاٌ در شرایط اسیدی و یا بازی. بعد از 80 ساعت قرارگیری در دمای 40 درجه، حدود 4 % تجزیه در pH=7 مشاهده شده است. در شوینده های لباسشویی نمونه وار که در گستره ی 8.5 تا 10 کار می کنند، هیدرولیز بعد از دو ماه ذخیره سازی، بسیار اندک است.

استرهای اسید چرب پلی گلیسرول

یک روش جذاب برای اتوکسیلاسیون (از نقطه نظر محیط زیستی)، استفاده از گلیسرول طبیعی به عنوان بخش آب دوست سورفکتانت های اسید چرب می باشد. گلیسروییدهایی که به صورت جزئی هیدرولیز شده اند، با یک بخش گلیسرولی، متداول ترین سورفکتانت مورد استفاده از این نوع می باشد. این سورفکتانت در بسیاری از محصولات غذایی و بهداشتی به عنوان امولسیفایر، استفاده می شوند. علاوه بر این محصولات، استرهای اسید چرب پلی گلیسرولی، تولید شده از واکنش تراکمی اسیدهای چرب و یا گلیسریدهای جزئی با گلیسرول، در بسیاری از مطالعه ها، مورد توجه قرار گرفته است. به هر حال، مشابه اتوکسیلاسیون مستقیم گفته شده در بالا ، این واکنش تراکمی موجب می شود تا توزیع وسیعی در گروه های انتهایی آب دوست ایجاد شود. همچنین تعداد اسیدهای چرب متصل شده به گروه های آب دوست و الیگومرها (محصولات فرعی) نیز متغیر است. از این رو، این محصولات شامل اجزای مختلفی است.
Ishitobi و Kunieda اثر توزیع الیگوگلیسرول بر روی رفتار فازی را مورد بررسی قرار دادند. دیاگرام فازی نشاندهنده ی وجود یک ناحیه ی میسلی و یک فاز هگزاگونال در غلظت های بالاتر برای هر دو محصول می باشد. محصولات با گستره ی توزیع باریک تر، فازهای هگزاگونال را در غلظت های بالاتر ایجاد می کنند و دارای نقطه ی ابری بالاتری هستند. در این مواد کشش سطحی در غلظت های مربوطه بالاتر است و از این رو، این مواد امولسیون کننده های ضعیف تری هستند. تمام این اثرات با توجه به این حقیقت توصیف شده است که محصولات با توزیع وسیع تر، دارای مساحت سطح مقطع مؤثر باریک تری هستند. چالش مطالعه ی یک چنین سورفکتانت هایی در واقع تغییر در ترکیب انهاست که بوسیله ی برخی از محققین مورد بررسی قرار گرفته است. این فهمیده شده است که یک مخلوط تجاری از استرهای اسید چرب پلی گلیسرول در آب، تشکیل مورفولوژی لایه ای می دهند. به هر حال، این همچنین فهمیده شده است که مخلوط های تجاری حاوی مقادیر اندکی اسید چرب واکنش نداده می باشند. این ناخالصی اندک موجب افزایش اثر پایدارسازی بر روی فاز ژله ای می شود. علاوه بر این، رفتار فازی تری گلیسرول های تجاری، پنتاگلیسرول ها و استرهای اسید چرب دکا گلیسرول، نیز مورد بررسی قرار گرفته اند.
به طور عکس، Kato و همکارانش یک سری پلی گلیسرول مونولوراتی خالص سازی شده را آماده سازی کردند. رفتار فازی و خواص سورفکتانتی این مواد با خواص مربوط به n- دو دسیل پلی اکسی اتیلن مونواترها (C12Eon) قابل مقایسه می باشد. این سورفکتانت ها درای خواص مشابهی هستند. به هر حال، ارتفاع فومی برای سورفکتانت های بر پایه ی گلیسرول، به طور قابل توجهی بالاتر است و میزان پایداری آنها از C12Eon بیشتر است. این نتیجه گیری می شود که خواص سورفکتانت های مهم مانند مواد شوینده ای که از پلی گلیسرول مونولورات تولید شده اند، مشابه آنهایی است که با C12Eon تولید شده اند و دارای واحدهای اکسی اتیلن هستند (شکل 3). اگر زنجیره ی اسید چرب به اسید استئاریک افزایش یابد، سورفکتانت حلالیت آب خود را از دست می دهد و موجب تشکیل یک مونولایه ی پایدار در سطح مشترک هوا- آب شود.

استرهای دیگلیسرولی اسیدهای چرب اشباع اخیراً به صورت گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته اند. رفتار فازی استرهای کاپرات (C10) و لورات (C12) در آب، از رفتار محلول استرهای میریستات (c14) و پالمیت (C16) متفاوت است (شکل 4). در مورد اول، فاز کریستال مایع لایه ای در ناحیه ی غنی از سورفکتانت وجود دارد و در آب میزان آن کمتر است. دمای ذوب این فاز به طور عملی در گستره ی وسیعی از کامپوزیت ها، ثابت است. برای سورفکتانت های آب گریزتر،، فازهای مربوط به جامدها و میزان پایدار شدن در آب، افزایش می یابد.

به طور کلی باید گفت، استرهای حاصله از اسیدهای چرب پلی گلیسرول سورفکتانت های خوراکی غیر یونی هستند و انحلال پایین آنها در آب و فعالیت سطحی بالای آنها، موجب شده است تا بسیاری از آنها، به عنوان امولسیون کننده ها، پراکنده سازها و پایدارسازها، مورد استفاده قرار می گیرند. ظرفیت تشکیل فاز پایدار آلفا- ژل موجب شده است تا این مواد به عنوان پایدار کننده و امولسیفایر، در محصولات غذایی، مورد استفاده قرار گیرند. به هر حال، مشابه استرهای توصیف شده در بالا، این مواد در محیط های اسیدی و قلیایی، مستعد هیدرولیز هستند.

نتیجه گیری

با توجه به نتایج بدست آمده، میزان کارهایی که در زمینه ی اسیدهای چرب و مشتقات آنها انجام شده است، متنوع و زیاد می باشد. اگر افزایش علاقه در زمینه ی منابع تجدیدپذیر برای اهداف انرژی در سال های اخیر، با کشت محصولات مرتبط و همچنین فرآوری آنها، ترکیب شود، این انتظار وجود دارد که اسیدهای چرب به طور گسترده ای برای تولید شویند ها، مورد استفاده قرار گیرد. برای یادگیری کامل رفتار و خواص سورفکتانت های مشتق شده از این اسیدهای چرب، این مهم است که مطالعات اساسی و پایه ای بر روی خواص این مواد انجام شود مثلا رفتار مربوط به اسیدهای چرب در فیلم های Langmuir. این مسئله به طور نمونه وار اطلاعات اساسی در مورد رفتار صابون ها را مهیا می کند و می توان بواسطه ی این اطلاعات، رفتار این صابون ها با خواص عملی مانند کف کردن و شستشو، مرتبط شوند. یک مثال دیگر تشکیل کمپلکس های صابون- اسید ورسوبات در غلظت های بالا و رفتار صابون های متداول است.
برای فایق آمدن بر مشکل انحلال ضعیف این مواد در آب سخت و یا آب های حاوی نمک ها و سایر یون ها، اسیدهای چرب با انواع مختلفی از مواد قطبی ترکیب می شوند و بدین صورت، انواع مختلفی از سورفکتانت ها، تولید می شود. در این زمینه، یک بیان از اصلاح این مواد، استری کردن ساده ی این مواد با ترکیبات قطبی می باشد. ساده ترین این استرها، استرهای پلی اکسی اتیلن و یا استرهای گلیسرولی است. این مواد به خاطر زیست تخریب پذیری خوب، سمیت پایین و بی ضرر بودن برای پوست، در محصولات تمیزکننده، محصولات کشاورزی، غدا و فرمولاسیون های تغذیه ای مورد استفاده قرار می گیرند.
یکی از محدودیت های این سورفکتانت های بر پایه ی استرها، استعداد آنها به هیدرولیز در زمان قرارگیری در فرمولاسیون های مایع می باشد. میزان این مشکل به صورت کامل مورد بررسی قرار نگرفته است اما این مسئله برای کاربردها در ذهن در نظر گرفته شده است. یک راه برای فایق آمدن بر این مشکل، تبدیل این اسیدها به آمیدها، می باشد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Surfactants from renewable resources/ Mikael Kjellin