วันพุธที่ 30 พฤศจิกายน พ.ศ. 2559

มารู้จักหนึ่งในสารสำคัญของ CLN นั้นคือ สารลดแรงตึงผิว

ผลิตภัณฑ์ของ CLN นั้นมีส่วนผสมของสารลดแรงตึงผิว ซึ่งหลายๆท่านอาจจะไม่ทราบว่า สารลดแรงตึงผิวนั้น มีคุณสมบัติ และ ประโยชน์อย่างไร วันนี้จะขอนำเสนอ สาระดีๆของสารลดแรงตึงผิว 


จากตัวอย่าง ใบไม้ที่มีสารแรงตึงผิวบนใบ จะทำให้น้ำบนใบรวมตัวกันเป็นหยด แต่หากใบไม้ไม่มีสารแรงตึงผิวหรือถูกสารลดแรงตึงผิว หยดน้ำจะกระจายตัวเหมือนดังใบไม่ทางขวามือ

 สารลดแรงตึงผิวมีบทบาทที่สำคัญในการดำรงชีวิตของมนุษย์ ในแต่ละวันมนุษย์ใช้สารลดแรงตึงผิวแทบทุกกิจกรรม เช่น การทำความสะอาดร่างกายและของใช้  การใช้เครื่องสำอาง การย่อยอาหาร กระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม เป็นต้น นอกจากนี้สารลดแรงตึงผิวก็มีบทบาทที่สำคัญในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น ในกระบวนการบำบัดน้ำเสีย ในการกำจัดคราบน้ำมันและสิ่งสกปรก  ในการกำจัดสารแขวนลอยหรือคลอรอยด์ในน้ำ  

การเลือกประเภทของสารลดแรงตึงผิว ปริมาณหรือความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิว รวมถึงสภาวะอื่นๆให้เหมาะสมกับวัตถุประสงค์ของการใช้งานต่างๆเป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่ง ทั้งนี้เพื่อทำให้สารลดแรงตึงผิวทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดและไม่สร้างปัญหาเพิ่มให้กับสิ่งแวดล้อม  

สารลดแรงตึงผิวส่วนใหญ่จะสามารถย่อยสลายได้โดยธรรมชาติ ทั้งนี้ความสามารถในการถูกย่อยสลายจะขึ้นกับโครงสร้างของสารลดแรงตึงผิว รวมทั้งปริมาณของสารลดแรงตึงผิวที่เหลืออยู่จากการใช้  การใช้สารลดแรงตึงผิวในปริมาณที่เหมาะสม นอกจากจะช่วยลดต้นทุนการบำบัดแล้วยังมีส่วนช่วยลดปัญหาสิ่งแวดล้อม ในน้ำดื่มปริมาณสารลดแรงตึงผิวที่สามารถเจือปนได้โดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายเท่ากับ 0.5 มิลลิกรัมต่อลิตร การศึกษาและการพัฒนาการนำสารลดแรงตึงผิวมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ให้มากขึ้นโดยเฉพาะทางด้านสิ่งแวดล้อมจึงเป็นสิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งในอนาคต


คุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิว


สารลดแรงตึงผิว หรือ SURFace ACTive AgeNT มีชื่อเรียกโดยทั่วไปทางวิทยาศาสตร์ว่า “ Surfactant ” สารลดแรงตึงผิวเดิมทีเดียวมาจากภาษาเยอรมันว่า Tensid ซึ่งตั้งโดยนักเคมีชาวเยอรมันในปี ค.ศ. 1960  สารลดแรงตึงผิวส่วนใหญ่เป็นสารประกอบอินทรีย์ซึ่งประกอบด้วย 2 ส่วน คือ ส่วนที่ชอบน้ำ (hydrophilic group) และส่วนที่ไม่ชอบน้ำ (hydrophobic group) ดังแสดงในภาพที่ 1b ส่วนที่ไม่ชอบน้ำมักจะเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน คือมีธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก ส่วนใหญ่จะมาจากไขมันและน้ำมันตามธรรมชาติ รวมทั้งผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม และโพลีเมอร์สังเคราะห์ ลักษณะที่สำคัญของสารลดแรงตึงผิวคือเมื่อใส่สารลดแรงตึงผิวเพียงเล็กน้อยลงในน้ำ สารลดแรงตึงผิวจะไปลดแรงตึงผิวของน้ำเพื่อให้เกิดกระบวนการต่างๆ ง่ายขึ้น เช่น การเกิดฟอง การทำให้เปียก และกระบวนการทำความสะอาด เป็นต้น ส่วนที่ไม่ชอบน้ำจะพยายามหนีน้ำโดยไปเกาะกับพื้นผิวที่ว่าง เช่น อากาศ  ส่วนที่ชอบน้ำจะยังคงอยู่ในน้ำซึ่งแสดงในภาพที่ 1 

สารลดแรงตึงผิวสามารถแบ่งได้เป็น 4 ประเภทซึ่งแบ่งตามลักษณะหรือประจุของส่วนที่ชอบน้ำ (hydrophilic group) ได้แก่


1.      สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุบวก (Cationic surfactant) ได้แก่ Cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) ซึ่งมีสูตรโมเลกุล คือ C16H33N(CH3)3+Br-  สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุบวกมักจะพบในผลิตภัณฑ์ยาสีฟัน ครีมนวดผม และน้ำยาปรับผ้านุ่ม เป็นต้น
2.       สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุลบ (Anionic surfactant) ได้แก่ Sodium dodecyl sulphate (SDS) ซึ่งมีสูตรโมเลกุล คือ CH3(CH2)11SO4-Na+ มักจะเป็นส่วนประกอบในผงซักฟอกและสบู่ เป็นต้น
3.       สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ (Nonionic surfactant) ได้แก่ Polyoxyethylene alcohol ซึ่งมีสูตรโมเลกุล คือ (CnH2n+1(OCH2CH2)mOH) สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุนี้มักจะนำไปผสมในสบู่เหลวล้างหน้า
4.       สารลดแรงตึงผิวที่มีทั้งประจุบวกและประจุลบ (Zwitterionic surfactant) ได้แก่ b-N-Alkylaminopropionic Acids มีสูตรโมเลกุล คือ RN+H2CH2CH2COO- ซึ่งเป็นส่วนประกอบในเครื่องสำอาง สารป้องกันการกัดกร่อน และสารยับยั้งแบคทีเรีย เป็นต้น                    

สารลดแรงตึงผิวยังมีคุณสมบัติที่ทำให้เฟสสองเฟสที่ต่างกันมารวมตัวกันได้ คำว่าอยู่คนละ ฟส ือ การไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกัน น้ำและน้ำมันไม่ละลายซึ่งกันและกันเพราะมีคุณสมบัติที่ต่างกันโดยที่น้ำเป็นสารประกอบที่มีขั้ว ส่วนน้ำมันเป็นสารประกอบที่ไม่มีขั้ว เมื่อใส่สารลดแรงตึงผิวเข้าไปเพียงเล็กน้อยก็สามารถทำให้สองเฟสมารวมกันเป็นเฟสเดียวกันได้ ตัวอย่างเช่น ารใส่ไข่แดงซึ่งมี lecithin เป็นสารลดแรงตึงผิวประกอบอยู่ประมาณ 10ลงไปในน้ำที่ผสมน้ำมันเพื่อทำน้ำสลัด ทำให้น้ำและน้ำมันรวมตัวเป็นเนื้อเดียวกัน


ตัวอย่างโครงสร้างของสารลดแรงตึงผิวแสดงในภาพที่ 1  ภาพที่ 1a แสดงโครงสร้างของสารลดแรงตึงผิวชนิดประจุลบซึ่งมีสูตรโมเลกุล ือ C12H25SO4-Na+   าพที่ 1b เป็นการแสดงโครงสร้างของสารลดแรงตึงผิวทั่วไปซึ่งประกอบด้วย 2 ส่วนหลัก คือ ส่วนที่ชอบน้ำและส่วนที่ไม่ชอบน้ำซึ่งสามารถเปรียบเทียบโครงสร้างได้กับภาพที่ 1โดยที่ส่วนที่ไม่ชอบน้ำคือ C12H25 และส่วนที่ชอบน้ำ คือ SO4-  ละ ภาพที่ 1c แสดงการเรียงตัวของสารลดแรงตึงผิวเมื่อวางตัวอยู่ในน้ำ 


ภาพ 1(a) โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวประจุลบ

ภาพ 1(b) โครงสร้างของสารลดแรงตึงผิว

ภาพ 1(c) การเรียงตัวของสารลดแรงตึงผิวในน้ำ


       ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบสารลดแรงตึงผิวทั้ง 4 ชนิดในการทำให้เกิดฟอง ความสามารถในการซักล้าง และการทำให้พื้นผิวอ่อนนุ่ม จะเห็นว่าสารลดแรงตึงผิวที่มีประจุลบจะมีคุณสมบัติทำให้เกิดฟองดีที่สุด  ส่วนสารลดแรงตึงผิวที่มีทั้งประจุบวกและลบจะมีคุณสมบัติในการทำให้พื้นผิวอ่อนนุ่มดีที่สุด สารลดแรงตึงผิวแต่ละชนิดมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน ในปัจจุบันได้มีการนำสารลดแรงตึงผิวแต่ละชนิดมาผสมกันในอัตราส่วนที่เหมาะสม พื่อให้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ


ตารางที่ 1 เปรียบเทียบความสามารถของสารลดแรงตึงผิวทั้ง 4 ชนิด ในการทำให้เกิดฟอง การซักล้าง และการทำให้พื้นผิวเกิดความอ่อนนุ่ม (Tiger Chemical Company, 1997)

ประเภท คุณสมบัติ
สารลดแรงตึงผิว
การเกิดฟอง
ความสามารถในการซักล้าง
ความสามารถในการทำให้อ่อนนุ่ม
ประจุลบ
ดีที่สุด
ค่อนข้างดี
ไม่แน่นอน
ไม่มีประจุ
ดี
ดี
ดี
ประจุบวก
ไม่ดี
ปานกลาง
ไม่ดี
ประจุบวกและลบ
ค่อนข้างดี
ดี
ดีที่สุด


การนำสารลดแรงตึงผิวไปใช้ประโยชน์

สารลดแรงตึงผิวมีบทบาทที่สำคัญอย่างยิ่งในชีวิตประจำวันของมนุษย์ ในร่างกายมนุษย์ก็มีสารลดแรงตึงผิวประกอบอยู่ เช่น Gall Acid ซึ่งจะย่อยสารประเภทไขมันได้ สารลดแรงตึงผิวมีประโยชน์หลายๆ ด้าน โดยเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของผลิตภัณฑ์ต่างๆ และเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการผลิตต่างๆ ได้แก่



1.สารลดแรงตึงผิวเป็นส่วนประกอบในผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด เช่น ผงซักฟอก สบู่ ยาสีฟัน ยาสระผม ครีมนวดผม และผลิตภัณฑ์ที่มีฟอง เป็นต้น

2. สารลดแรงตึงผิวเป็นส่วนประกอบในเครื่องสำอางและครีมกันแดด

3. สารลดแรงตึงผิวถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์ ผลิตยา 

4.สารลดแรงตึงผิวถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรม เช่น กระบวนการย้อมผ้า การเคลือบสีไม้หรือโลหะ การผลิตพลาสติก การทำหนังสัตว์ การผลิตเนยเทียม  เค้กและไอศกรีม เป็นต้น

5.สารลดแรงตึงผิวถูกนำมาใช้ในการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น บำบัดน้ำเสีย กำจัดมลพิษทางดิน ดูดซับของเสีย เป็นต้น

6.สารลดแรงตึงผิวถูกนำมาใช้ในกระบวนการสกัดแยก เช่น การสกัดแยกแร่ การแยกน้ำมันออกจากน้ำ เป็นต้น


    นอกจากนี้ยังมีการนำสารลดแรงตึงผิวมาใช้ในเทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น นาโนเทคโนโลยี  เทคโนโลยีชีวภาพ งานพิมพ์อิเล็คทรอนิกส์  และเครื่องบันทึกแถบแม่เหล็ก เป็นต้น


 นอกจากสารลดแรงตึงผิวจะมีบทบาทในชีวิตประจำวันแล้ว เช่น ในกระบวนการทำความสะอาด สารลดแรงตึงผิวยังมีบทบาทที่สำคัญและนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆมากมาย รวมทั้งทางด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ในกระบวนการบำบัดน้ำเสีย




Thank you 
Source: http://www.chemtrack.org/News-Detail.asp?TID=4&ID=3 
http://www.smart-fertilizer.com/Cms_Data/Contents/smart-eng/Media/Articlephotos/surfactant.png 
เอกสารอ้างอิง

Kawamura, S.  2000.  Integrated Design and Operation of Water Treatment Facilities.2nd ed. John Wiley & Sons, Inc.,  pp.37.Tiger Chemical Company.  2004.  (March, 20).  Surfactant Guide & Formulary  1997.

(Online). Available URL: www.webworld.com.au/tiger 

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น