سورفکتانت ها یا عوامل فعال سطحی (Surface-active agents)، ترکیباتی هستند که کشش سطحی بین دو ماده مانند آب و روغن را کاهش می دهند. این خاصیت ویژه، سورفکتانت ها را به امولسیون کننده، پاک کننده، و کف ساز تبدیل کرده و آنها را به یکی از اجزای کلیدی در تولید صابون‌ها و محصولات مراقبت از پوست و مو بدل کرده است. هدف این مقاله، بررسی انواع و نقش سورفکتانت ها در صابون سازی و محصولات آرایشی است.
نقش سورفکتانت ها در صابون سازی
- پاک‌کنندگی: سورفکتانت ها با چسبیدن به مولکول‌های چربی و آلودگی، به جداسازی و حل شدن آنها در آب کمک می‌کنند و در نتیجه، امکان شستشوی کامل آلودگی‌ها از سطح پوست و مو را فراهم می‌سازند. این ویژگی، اصلی‌ترین دلیل استفاده از سورفکتانت ها در محصولات شوینده نظیر صابون، شامپو و ژل‌های شستشو است.
- تولید فوم: یکی دیگر از ویژگی های جذاب سورفکتانت‌ها، خاصیت کف سازی است. این خاصیت نه تنها تجربه شستشو را لذت‌بخش می‌کند، بلکه باعث افزایش سطح تماس بین صابون و پوست می شود و به پاک کنندگی مؤثرتر کمک می کند.
- امولسیون‌کنندگی: سورفکتانت ها امکان ترکیب مواد غیرقابل اختلاط مانند آب و روغن را فراهم می‌کنند و از جداسازی آنها در فرمولاسیون نهایی جلوگیری می‌کنند. این ویژگی در تولید محصولات بهداشتی که ترکیبی از آب و روغن دارند، اهمیت دارد.
انواع سورفکتانت
سورفکتانت‌ها به چهار دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- سورفکتانت های آنیونی: این نوع سورفکتانت ها دارای بار منفی هستند و برای قدرت پاک‌کنندگی بالا معروف‌اند. آنها بیشتر در صابون‌ها و شامپوها کاربرد دارند، اما می‌توانند برای پوست های حساس تحریک‌کننده باشند.
- سورفکتانت های کاتیونی: دارای بار مثبت بوده و به دلیل خاصیت ضد باکتریایی، در محصولات نرم‌کننده و ضدعفونی‌کننده استفاده می‌شوند. این نوع از سورفکتانت ها برای ترکیب با سورفکتانت های آنیونی مناسب نیستند، زیرا ممکن است موجب خنثی شدن اثر یکدیگر شوند.
- سورفکتانت‌های غیر یونی: این سورفکتانت‌ها بار الکتریکی ندارند و برای فرمولاسیون‌های ملایم و محصولات مراقبتی مناسب‌اند. سورفکتانت‌های غیر یونی معمولاً در محصولات مخصوص پوست‌های حساس استفاده می‌شوند.
- سورفکتانت های آمفوتریک: این نوع از سورفکتانت ها می‌توانند بسته به pH محیط، بار مثبت یا منفی بگیرند و به دلیل ملایمت و سازگاری با پوست، در محصولات مخصوص پوست حساس و کودک استفاده می‌شوند.
انتخاب سورفکتانت مناسب در صابون سازی
انتخاب نوع سورفکتانت بسته به نوع محصول و نوع پوست مصرف‌کننده متفاوت است. برای صابون‌های دست و بدن، اغلب از سورفکتانت‌های ملایم مانند سورفکتانت های غیر یونی و آمفوتریک استفاده می‌شود. در صابون‌های صنعتی و قوی‌تر، سورفکتانت های آنیونی به دلیل قدرت پاک‌کنندگی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. از میان انواع پرکاربرد، پلی سوربات‌ها و کوکامیدو پروپیل بتائین به دلیل خواص امولسیون‌کننده و ملایم خود شناخته شده اند.
ویژگی ها و طبقه بندی سورفکتانت ها
سورفکتانت ها موادی هستند که خوشه (کلاستر) های مولکولی خودتجمعی (self-assembled molecular clusters) به نام میسل (micelles) را در یک محلول (فاز آب یا روغن) ایجاد می کنند و به سطح مشترک بین یک محلول و یک فاز مختلف (گازها / جامدات) جذب می شوند. برای نشان دادن این دو ویژگی فیزیکی، یک سورفکتانت باید ساختار شیمیایی با دو گروه عملکردی متفاوت با میل ترکیبی متفاوت در یک مولکول داشته باشد. معمولاً مولکول‌های موادی به نام سورفکتانت‌ها دارای هر دو زنجیره آلکیل با ۸ تا ۲۲ کربن هستند. این زنجیره یک گروه آبگریز نامیده می شود که تمایلی به آب نشان نمی دهد (به آنها گروه های آبگریز گفته می شود زیرا سورفکتانت ها اغلب در سیستم های آبی استفاده می شوند، اما هنگامی که در سیستم های لیپیدی استفاده می شوند به آنها گروه های چربی دوست می گویند). مولکول های سورفکتانت نیز دارای یک گروه عملکردی به نام گروه آبدوست هستند که میل ترکیبی به آب دارند. به این نوع ساختار با دو عملکرد متضاد، ساختار آمفیفیلیک (amphiphilic structure) می گویند.
سورفکتانت ها به دو دسته سورفکتانت های یونی و سورفکتانت های غیر یونی طبقه بندی می شوند. سورفکتانت‌های یونی به سورفکتانت‌های آنیونی تقسیم می‌شوند که در آن گروه آبدوست به آنیون‌ها در محلول‌های آبی، سورفکتانت‌های کاتیونی که به کاتیون‌ها تجزیه می‌شوند و سورفاکتانت‌های آمفوتریک که اغلب بسته به pH به آنیون‌ها و کاتیون‌ها تجزیه می‌شوند، تقسیم می‌شوند. سورفکتانت‌های غیریونی سورفکتانت‌هایی هستند که در محلول‌های آبی به یون‌ها تجزیه نمی‌شوند و بسته به نوع گروه آبدوستشان زیر طبقه‌بندی می‌شوند (شکل زیر). گروه های آبدوست متداول سورفکتانت های یونی عبارتند از کربوکسیلات (-COO-)، سولفات (sulfate) (-OSO3-)، سولفونات (sulfonate) (SO3-)، کربوکسی بتائین (carboxybetaine) (-NR2CH2COO-)، سولفوبتائین (sulfobetaine)(-N(CH3)2C3H6SO3-)، و آمونیوم چهارتایی (quaternary ammonium) (-). R4N+). به عنوان مثال، یک مولکول صابون دارای یک زنجیره هیدروکربنی به عنوان گروه عاملی چربی دوست خود است که میل ترکیبی به لیپیدها (گروه چربی دوست) دارد و یک آنیون کربوکسیلات به عنوان گروه عاملی آن که میل ترکیبی به آب دارد (گروه آبدوست). در یک محلول آبی، آنیون کربوکسیلات ساختاری با یون های متقابل مانند+Na+، K یا +Mg2 ایجاد می کند (شکل زیر). گروه هیدروفیل سورفکتانت های غیر یونی معمولاً یک گروه پلی اکسی اتیلن هستند، اما سورفکتانت های غیریونی با گروه های گلیسریل یا سوربیتول نیز وجود دارند و سورفکتانت های غیریونی با این گروه های آبدوست مختلف نیز بسته به کاربرد مورد استفاده قرار می گیرند.
سورفکتانت ها نیز بسته به حلالیتشان طبقه بندی می شوند، مانند سورفکتانت های آبدوست که در آب محلول هستند یا سورفکتانت های آبگریز که در لیپیدها محلول هستند. سورفکتانت های یونی به طور کلی سورفکتانت های آبدوست هستند، اما سورفکتانت های غیریونی بسته به تعادل گروه آب دوست و گروه چربی دوست، می توانند آب دوست یا چربی دوست باشند. به عبارت دیگر، حلالیت سورفکتانت های غیریونی به تعادل بین ظرفیت جذب آب گروه آب دوست و ظرفیت جذب روغن گروه چربی دوست بستگی دارد. تعادل آب دوست – چربی دوست (Hydrophilic-lipophilic balance) (HLB) شاخصی است که این تعادل نسبی را کمی نشان می دهد. HLB اولین بار توسط گریفین (Griffin) پیشنهاد شد و در حال حاضر چندین فرمول برای محاسبه HLB گزارش شده است. از آنجایی که HLB ویژگی‌های سورفکتانت‌های غیریونی را نشان می‌دهد، معمولاً به‌عنوان شاخصی برای انتخاب یک سورفکتانت برای کاربردهای خاص، مانند امولسیون سازها (emulsifiers) یا پاک‌کننده‌ها، که هر دو بعداً در این فصل ذکر شده‌اند، استفاده می‌شود (شکل زیر). با این حال، از آنجایی که HLB صرفاً یک شاخص مبتنی بر تجربه است، می توان از آن به عنوان مرجعی برای انتخاب یک سورفکتانت برای یک برنامه استفاده کرد، اما این در توسعه فرمول کافی نیست و می تواند منجر به چالش های زیادی شود. دانستن ویژگی های سورفکتانت ها به طور موثر و سریع در توسعه فرمولاسیون حیاتی است. علاوه بر HLB، دو شاخص وجود دارد که به طور ذهنی این ویژگی‌ها را نشان می‌دهند: نقطه ابری (cloud point) برای سورفکتانت‌های غیریونی و نقطه کرافت (Krafft point) برای سورفکتانت‌های یونی.
مراجع:
نتیجه گیری
سورفکتانت‌ها نقش بسیار مهمی در تولید صابون ها و محصولات آرایشی بهداشتی ایفا می‌کنند. آگاهی از انواع مختلف و خواص هر کدام به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا محصولاتی با کیفیت بالا و متناسب با نیازهای مختلف پوست تولید کنند. این ترکیبات با بهبود قدرت پاک‌کنندگی، ایجاد کف، و ایجاد بافت مناسب، به ایجاد تجربه‌ای رضایت‌بخش برای مصرف‌کنندگان کمک می‌کنند.
