המוצרים העיקריים שלנו: סיליקון אמינו, סיליקון בלוק, סיליקון הידרופילי, כל תחליבי הסיליקון שלהם, משפר יציבות הרטבה ושפשוף, דוחה מים (ללא פלואור, פחמן 6, פחמן 8), כימיקלים לשטיפת דמיניום (ABS, אנזים, מגן ספנדקס, מסיר מנגן), מדינות יצוא עיקריות: הודו, פקיסטן, בנגלדש, טורקיה, אינדונזיה, אוזבקיסטן וכו'.

 

מונוסודיום גלוטמט תעשייתי, המכונה גם חומרים פעילי שטח, הוא סוג של חומר שכאשר מוסיפים אותו בכמויות קטנות, יכול להפחית במידה ניכרת את מתח הפנים של הממס (בדרך כלל מים) ולשנות את מצב הבין-פנים של המערכת; כאשר הוא מגיע לריכוז מסוים, הוא יוצר מיצלות בתמיסה. לכן, הוא מייצר הרטבה או התנגדות להרטבה, אמולסיפיקציה ודילופי, הקצפה או הסרת הקצפה, מסיסות, שטיפה ואפקטים אחרים כדי לעמוד בדרישות של יישומים מעשיים. מונוסודיום גלוטמט, כחומר אומאמי, נמצא בכל מקום בתזונה ובחיי היומיום שלנו. בייצור תעשייתי, חומרים פעילי שטח הם חומרים הדומים למונוסודיום גלוטמט, שאינם דורשים כמות גדולה ויכולים להיות בעלי השפעות מופלאות. חומרים אלה ידועים בדרך כלל כחומרים פעילי שטח.

 

מבוא לחומרים פעילי שטח

 

לחומרים פעילי שטח יש מבנה מולקולרי צוויטריוני: קצה אחד הוא קבוצה הידרופילית, המכונה גם קבוצה אולאופובית או אולאופובית, שיכולה להמיס חומרים פעילי שטח במים כמונומרים. קבוצות הידרופיליות הן לרוב קבוצות פולריות, שיכולות להיות קבוצות קרבוקסיל (-COOH), קבוצות חומצה סולפונית (-SO3H), קבוצות אמינו (-NH2) או קבוצות אמינו ומלחיהן. קבוצות הידרוקסיל (-OH), קבוצות אמיד, קשרי אתר (-O-) וכו' יכולות גם להיות קבוצות הידרופיליות פולריות; הקצה השני הוא קבוצה הידרופובית, המכונה גם קבוצה הידרופובית או הידרופובית. קבוצות הידרופוביות הן בדרך כלל שרשראות פחמימנים לא פולריות, כגון שרשראות אלקיל הידרופוביות R- (אלקיל), Ar- (אריל) וכו'.
חומרים פעילי שטח מחולקים לחומרים פעילי שטח יוניים (כולל חומרים פעילי שטח קטיוניים ואניוניים), חומרים פעילי שטח לא יוניים, חומרים פעילי שטח אמפוטריים, חומרים פעילי שטח מורכבים וחומרים פעילי שטח אחרים.

בתמיסה של חומר פעיל שטח, כאשר ריכוז החומר הפעיל שטח מגיע לערך מסוים, מולקולות החומר הפעיל שטח ייצרו צירופים מסודרים שונים הנקראים מיצלות. מיצליזציה או היווצרות מיצלות היא תכונה בסיסית של תמיסות חומר פעיל שטח, וכמה תופעות חשובות בממשקים קשורות להיווצרות מיצלות. הריכוז שבו חומרים פעילי שטח יוצרים מיצלות בתמיסה נקרא ריכוז מיצלות קריטי (CMC). מיצלות אינן צורות כדוריות קבועות, אלא צורות לא סדירות ביותר ומשתנות באופן דינמי. בתנאים מסוימים, חומרים פעילי שטח עשויים גם להציג מצב מיצלה הפוך.

 

הגורמים העיקריים המשפיעים על ריכוז המיצלה הקריטי

 

מבנה של חומרים פעילי שטח
תוספים וסוגי תוספים
השפעת הטמפרטורה

 

אינטראקציה בין חומרים פעילי שטח וחלבונים

 

חלבונים מכילים קבוצות לא קוטביות, קוטביות וטעונות, ומולקולות אמפיפיליות רבות יכולות לתקשר עם חלבונים בדרכים שונות. חומרים פעילי שטח יכולים ליצור צירופים מולקולריים מסודרים עם מבנים שונים בתנאים שונים, כגון מיצלות, מיצלות הפוכות וכו', וגם האינטראקציות שלהם עם חלבונים שונות. ישנן בעיקר אינטראקציות אלקטרוסטטיות והידרופוביות בין חלבונים לחומרים פעילי שטח (PS), בעוד שהאינטראקציה בין חומרים פעילי שטח יוניים לחלבונים נובעת בעיקר מהאינטראקציה האלקטרוסטטית של קבוצות קוטביות והאינטראקציה ההידרופובית של שרשראות פחמן-מימן הידרופוביות, אשר נקשרות לחלקים הקוטביים וההידרופוביים של חלבונים, בהתאמה, ויוצרות קומפלקסים של PS. חומרים פעילי שטח לא יוניים מקיימים אינטראקציה בעיקר עם חלבונים באמצעות כוחות הידרופוביים, והאינטראקציה בין השרשראות ההידרופוביות שלהם לקבוצות ההידרופוביות של חלבונים יכולה להיות בעלת השפעה מסוימת על המבנה והתפקוד של חומרים פעילי שטח וחלבונים. לכן, הסוג, הריכוז וסביבת המערכת של חומרים פעילי שטח קובעים האם הם מייצבים או מערערים את היציבות של חלבונים, מצטברים או מתפזרים.

 

ערך HLB של חומר פעיל שטח

 

כדי להציג פעילות ייחודית בין-פנית, חומרים פעילי שטח חייבים לשמור על איזון מסוים בין קבוצות הידרופוביות והידרופיליות. HLB (איזון ליפופילי הידרופילי) הוא ערך האיזון האולאופילי ההידרופילי של חומרים פעילי שטח, שהוא אינדיקטור לתכונות ההידרופיליות וההידרופוביות של חומרים פעילי שטח.

ערך ה-HLB הוא ערך יחסי (בין 0 ל-40), כגון שעוות פרפין עם ערך HLB=0 (ללא קבוצה הידרופילית), פוליאוקסיאתילן עם ערך HLB של 20, ו-SDS עם הידרופיליות חזקה עם ערך HLB של 40. ניתן להשתמש בערך ה-HLB כנקודת ייחוס לבחירת חומרים פעילי שטח. ככל שערך ה-HLB גבוה יותר, כך ההידרופיליות של החומר הפעיל שטח טובה יותר; ככל שערך ה-HLB קטן יותר, כך ההידרופיליות של החומר הפעיל שטח נמוכה יותר.
התפקיד העיקרי של חומרים פעילי שטח

 

אפקט אמולסיה

בשל מתח הפנים הגבוה של שמן במים, כאשר שמן נוטף למים ומערבב במרץ, השמן נמעך לחרוזים דקים ומערבב זה עם זה ליצירת אמולסיה, אך הערבוב נפסק והשכבות מתארכות מחדש. אם מוסיפים חומר פעיל שטח ומערבבים במרץ, אך לא קל להפריד במשך זמן רב לאחר העצירה, זהו אמולסיה. הסיבה לכך היא שההידרופוביות של השמן מוקפת בקבוצות ההידרופיליות של החומר הפעיל, ויוצרת משיכה כיוונית ומפחיתה את העבודה הנדרשת לפיזור שמן במים, וכתוצאה מכך נוצר אמולסיה טובה של השמן.

 

אפקט הרטבה

לעיתים קרובות יש שכבה של שעווה, גריז או חומר דמוי אבנית הדבוקה לפני השטח של החלקים, שהם הידרופוביים. עקב זיהום החומרים הללו, פני השטח של החלקים אינם נרטבים בקלות על ידי מים. כאשר מוסיפים חומרים פעילי שטח לתמיסה המימית, טיפות המים על החלקים מתפזרות בקלות, מה שמפחית מאוד את מתח הפנים של החלקים ומשיג את מטרת ההרטבה.

 

אפקט מסיסות

לאחר הוספת חומרים פעילי שטח לחומרי שמן, הם יכולים רק "להתמוסס", אך התמוססות זו יכולה להתרחש רק כאשר ריכוז החומרים הפעילי שטח מגיע לריכוז הקריטי של קולואידים, והמסיסות נקבעת על ידי אובייקט הממיס ותכונותיו. מבחינת אפקט הממיסות, שרשראות גנים הידרופוביות ארוכות חזקות יותר משרשראות קצרות, שרשראות רוויות חזקות יותר משרשראות בלתי רוויות, והאפקט הממיסות של חומרים פעילי שטח לא יוניים הוא בדרך כלל משמעותי יותר.

 

אפקט פיזור

חלקיקים מוצקים כמו חלקיקי אבק ולכלוך נוטים להתאסף יחד ולשקוע בקלות במים. מולקולות של חומרים פעילי שטח יכולות לחלק את צבירי החלקיקים המוצקים לחלקיקים קטנים, מה שמאפשר להם להתפזר ולהיות תלויים בתמיסה, ובכך לקדם פיזור אחיד של חלקיקים מוצקים.

 

פעולת קצף

היווצרות הקצף נובעת בעיקר מספיחה כיוונית של החומר הפעיל והפחתת מתח הפנים בין פאזות הגז לנוזל. באופן כללי, חומר פעיל בעל מולקולות נמוכות קל להקציף, חומר פעיל בעל מולקולות גבוהות בעל פחות קצף, לצהוב מיריסטט יש תכונת הקצפה גבוהה יותר, ולנתרן סטארט יש את תכונת ההקצפה הגרועה ביותר. לחומר פעיל אניוני יש תכונת הקצפה ויציבות קצף טובים יותר מאשר לחומר פעיל לא יוני, כגון נתרן אלקילבנזן סולפונט בעל תכונת הקצפה חזקה. מייצבי הקצף הנפוצים כוללים אמיד אלכוהול אליפטי, קרבוקסימתיל צלולוז וכו'. מעכבי קצף כוללים חומצות שומן, אסטר חומצות שומן, פוליאתר וכו' וחומרים פעילי שטח לא יוניים אחרים.

 

סיווג של חומרים פעילי שטח

 

ניתן לחלק חומרים פעילי שטח לחומרים פעילי שטח אניוניים, חומרים פעילי שטח לא-יוניים, חומרים פעילי שטח זוויטריוניים וחומרים פעילי שטח קטיוניים בהתבסס על מאפייני המבנה המולקולרי שלהם.

 

פעיל שטח אניוני

סולפונט
חומרים פעילים נפוצים מסוג זה כוללים נתרן אלקילבנזנסולפונט לינארי ונתרן אלפא אולפין סולפונט. נתרן אלקילבנזנסולפונט לינארי, המכונה גם LAS או ABS, הוא אבקה לבנה או צהובה בהירה או מוצק בצורת פתיתים עם מסיסות טובה במערכות פעילי שטח מורכבות. הוא יציב יחסית לאלקלים, חומצה מדוללת ומים קשים. הוא משמש בדרך כלל בנוזל לשטיפת כלים (חומר ניקוי למדיח כלים) ובנוזל לשטיפת כביסה, אך בדרך כלל אינו משמש בשמפו ורק לעתים רחוקות משמש בג'ל רחצה. בדטרגנט לשטיפת כלים, המינון שלו יכול להוות כמחצית מכמות החומרים הפעילי שטח הכוללת, וטווח ההתאמה בפועל של שיעורו בחומרי ניקוי נוזליים הוא רחב יחסית. מערכת תרכובת אופיינית המשמשת בדטרגנט לשטיפת כלים היא המערכת הטרנרית "LAS (אלקילבנזנסולפונט לינארי נתרן) - AES (אלכוהול אתר סולפט נתרן) - FFA (אלקיל אלכוהול אמיד)". היתרונות הבולטים של נתרן אלקילבנזנסולפונט לינארי הם יציבות טובה, כוח ניקוי חזק, נזק סביבתי מינימלי ויכולת פירוק ביולוגי לחומרים לא מזיקים במחיר נמוך. החיסרון הבולט הוא שהוא ממריץ מאוד. נתרן אלפא אולפין סולפונט, הידוע גם בשם AOS, מסיס מאוד במים ובעל יציבות טובה בטווח רחב של ערכי pH. מבין זני מלחי חומצה סולפונית, הביצועים טובים יותר. היתרונות הבולטים הם יציבות טובה, מסיסות טובה במים, תאימות טובה, גירוי נמוך ופירוק מיקרוביאלי אידיאלי. זהו אחד החומרים הפעילי שטח העיקריים הנפוצים בשמפו וג'ל רחצה. חסרונו הוא שהוא יקר יחסית.

 

סולפט
חומרים פעילים נפוצים מסוג זה כוללים נתרן שומן אלכוהול פוליאוקסיאתילן אתר סולפט ונתרן דודציל סולפט.

נתרן שומני אלכוהול פוליאוקסיאתילן אתר סולפט, המכונה גם AES או נתרן אלכוהול אתר סולפט.

קל להמסה במים, ניתן להשתמש בו בשמפו, ג'ל רחצה, נוזל לשטיפת כלים (חומר ניקוי לשטיפת כלים) ונוזל כביסה. מסיסות המים טובה יותר מנתרן דודציל סולפט, וניתן להכין אותו בכל פרופורציה של תמיסה מימית שקופה בטמפרטורת החדר. השימוש בנתרן אלקילבנזנסולפונט בחומרי ניקוי נוזליים נרחב יותר ובעל תאימות טובה יותר מזה של אלקילבנזנסולפונט ישר שרשרת; ניתן ליצור קומפלקסים עם חומרים פעילי שטח רבים בצורות בינאריות או מרובות ליצירת תמיסות מימיות שקופות. היתרונות הבולטים הם גירוי נמוך, מסיסות טובה במים, תאימות טובה וביצועים טובים במניעת יובש, סדקים וחספוס בעור. החיסרון הוא שהיציבות במדיה חומצית מעט נמוכה, וכוח הניקוי נחות מזה של נתרן אלקילבנזנסולפונט לינארי ונתרן דודציל סולפט.

נתרן דודציל סולפט, הידוע גם בשם AS, K12, נתרן קוקויל סולפט, וחומר הקצפה של נתרן לאוריל סולפט, אינו רגיש לאלקליות ולמים קשים. יציבותו בתנאים חומציים נחותה מזו של סולפטים כלליים וקרובה לזו של אלכוהול שומני פוליאוקסיאתילן אתר סולפט. הוא מתכלה בקלות ויש לו נזק סביבתי מינימלי. כאשר משתמשים בו בחומרי ניקוי נוזליים, רמת החומציות לא צריכה להיות גבוהה מדי; השימוש במלחי אתנולמין או אמוניום בשמפו ובסבון גוף יכול לא רק להגביר את יציבות החומצה, אלא גם לסייע בהפחתת גירוי. מלבד יכולת ההקצפה הטובה שלו וכוח הניקוי החזק שלו, ביצועיו בהיבטים אחרים אינם טובים כמו אלו של נתרן אלכוהול אתר סולפט. מחירם של חומרים פעילי שטח אניוניים נפוצים גבוה יותר בדרך כלל.

 

פעיל שטח קטיוני

בהשוואה לסוגים שונים של חומרים פעילי שטח, לחומרים פעילי שטח קטיוניים יש את אפקט ההתאמה הבולט ביותר ואת אפקט החיידקי החזק ביותר, אם כי יש להם חסרונות כגון כוח ניקוי ירוד, יכולת הקצפה ירודה, תאימות ירודה, גירוי גבוה ומחיר גבוה. חומרים פעילי שטח קטיוניים אינם תואמים ישירות לחומרים פעילי שטח אניוניים וניתן להשתמש בהם רק כחומרי מרכך או קוטלי פטריות. חומרים פעילי שטח קטיוניים משמשים בדרך כלל כחומרים פעילי שטח עזר בדטרגנטים נוזליים (כמרכיב מרכך משני בניסוחים) עבור מוצרים באיכות גבוהה יותר, בעיקר לשמפו. כמרכיב של חומר התאמה, לא ניתן להחליפו בסוגים אחרים של חומרים פעילי שטח בשמפו נוזלי יוקרתי.

סוגים נפוצים של חומרים פעילי שטח קטיוניים כוללים הקסדצילטרימתיל אמוניום כלוריד (1631), אוקטדצילטרימתיל אמוניום כלוריד (1831), גואר גאם קטיוני (C-14 S), פנתנול קטיוני, שמן סיליקון קטיוני, דודציל דימתיל אמין אוקסיד (OB-2) ועוד.

 

פעיל שטח זוויטריוני

חומרים פעילי שטח דו-קוטביים מתייחסים לחומרים פעילי שטח בעלי קבוצות הידרופיליות אניוניות וקטיוניות כאחד. לכן, חומרים פעילי שטח אלה מציגים תכונות קטיוניות בתמיסות חומציות, תכונות אניוניות בתמיסות בסיסיות ותכונות לא-יוניות בתמיסות ניטרליות. חומרים פעילי שטח דו-קוטביים מסיסים בקלות במים, בתמיסות חומציות ובסיסיות מרוכזות, ואפילו בתמיסות מרוכזות של מלחים אנאורגניים. יש להם עמידות טובה למים קשים, גירוי עור נמוך, רכות טובה של הבד, תכונות אנטי-סטטיות טובות, השפעה חיידקית טובה ותאימות טובה עם חומרים פעילי שטח שונים. סוגים חשובים של חומרים פעילי שטח אמפוטריים כוללים דודציל דימתיל בטאין וקרבוקסילאט אימידזולין.

 

חומר פעיל שטח לא יוני

לחומרים פעילי שטח לא יוניים יש תכונות טובות כגון מסיסות, שטיפה, אנטי-סטטיות, גירוי נמוך ופיזור סבון סידן; טווח ה-pH המתאים רחב יותר מזה של חומרים פעילי שטח יוניים כלליים; מלבד תכונות עכירות והקצף, תכונות אחרות לרוב עדיפות על חומרים פעילי שטח אניוניים כלליים. הוספת כמות קטנה של חומר פעיל שטח לא יוני לחומר פעיל השטח היוני יכולה להגביר את פעילות פני השטח של המערכת (בהשוואה לתכולת חומר פעיל זהה). הסוגים העיקריים כוללים אמידים של אלקיל אלכוהול (FFA), אתרים של פוליאוקסיאתילן שומני (AE) ואתרים של אלקילפנול פוליאוקסיאתילן (APE או OP).

אמידי אלקיל אלכוהול (FFA) הם סוג של חומרים פעילי שטח לא יוניים בעלי ביצועים מעולים, יישומים נרחבים ותדירות שימוש גבוהה, הנמצאים בשימוש נפוץ בחומרי ניקוי נוזליים שונים. בחומרי ניקוי נוזליים, הם משמשים לעתים קרובות בשילוב עם אמידים, ביחס של "2:1" ו-"1.5:1" (אלקיל אלכוהול אמיד: אמיד). ניתן להשתמש באמידים של אלקיל אלכוהול בדטרגנטים חומציים מעט ובסיסיים, והם הסוג הזול ביותר של חומרים פעילי שטח לא יוניים.

 

יישום של חומרים פעילי שטח

עם התפתחות המדע והטכנולוגיה, ובמיוחד התקדמות התעשייה הכימית וחדירתן של תחומים קשורים, תפקידם ושימושם של חומרים פעילי שטח הפכו נפוצים ומעמיקים יותר ויותר. מכריית מינרלים ופיתוח אנרגיה, ועד להשפעות על תאים ואנזימים, ניתן למצוא עקבות של חומרים פעילי שטח. כיום, השימוש בחומרים פעילי שטח אינו מוגבל לחומרי ניקוי דטרגנטים, חומרי ניקוי למשחות שיניים, מתחלבים קוסמטיים ותעשיות כימיות יומיומיות אחרות, אלא התפשט לתחומי ייצור אחרים כגון פטרוכימיה, פיתוח אנרגיה ותעשיית התרופות.

 

הפקת נפט
בהפקת נפט, שימוש בתמיסות מים מדוללות של חומרים פעילי שטח או בתמיסות מעורבות מרוכזות של חומרים פעילי שטח עם שמן ומים יכול להגדיל את הפקת הנפט הגולמי ב-15% עד 20%. בשל יכולתם של חומרים פעילי שטח להפחית את צמיגות התמיסה, הם משמשים במהלך קידוח כדי להפחית את צמיגות הנפט הגולמי ולהפחית או למנוע תאונות קידוח. ניתן גם לרסס מחדש בארות ישנות שכבר אינן מרססות שמן.

פיתוח אנרגיה
חומרים פעילי שטח יכולים גם לתרום לפיתוח אנרגיה. במצב הנוכחי של עליית מחירי הנפט העולמיים ומקורות נפט צפופים, לפיתוח דלקים מעורבבים עם פחם נפט יש משמעות עמוקה. הוספת חומרים פעילי שטח לתהליך יכולה לייצר סוג חדש של דלק בעל זרימה גבוהה, שיכול להחליף בנזין כמקור אנרגיה. הוספת מתחלבים לבנזין, סולר ונפט כבד לא רק חוסכת במקורות נפט, אלא גם משפרת את היעילות התרמית ומפחיתה את זיהום הסביבה. לכן, לחומרים פעילי שטח יש משמעות עמוקה לפיתוח אנרגיה.

תעשיית הטקסטיל
לשימוש בחומרים פעילי שטח בתעשיית הטקסטיל היסטוריה ארוכה. לסיבים סינתטיים יש חסרונות כגון חספוס, רכות לא מספקת, רגישות לספיחה אלקטרוסטטית של אבק, וספיגת לחות ותחושה ירודה ביד בהשוואה לסיבים טבעיים. אם מטפלים בחומרים פעילי שטח ייעודיים, ניתן לשפר מאוד פגמים אלה בסיבים סינתטיים. חומרים פעילי שטח משמשים גם כמרככים, חומרים אנטי-סטטיים, חומרי הרטבה וחדירה, וחומרים מתחלבים בתעשיית הדפסת וצביעת הטקסטיל. השימוש בחומרים פעילי שטח בתעשיית הדפסת וצביעת הטקסטיל הוא נרחב מאוד.

ניקוי מתכות
מבחינת ניקוי מתכות, ממסים מסורתיים כוללים ממסים אורגניים כגון בנזין, נפט ופחמן טטראכלוריד. על פי נתונים סטטיסטיים רלוונטיים, כמות הבנזין המשמשת לניקוי חלקי מתכת בסין מגיעה ל-500,000 טון בשנה. חומרי ניקוי למתכות על בסיס מים המנוסחים עם חומרים פעילי שטח יכולים לחסוך באנרגיה. על פי חישובים, טון אחד של חומר ניקוי למתכות יכול להחליף 20 טון של בנזין, וטון אחד של חומר גלם נפט יכול לשמש לייצור 4 טון של חומר ניקוי למתכות, דבר המצביע על כך שלחומרים פעילי שטח יש חשיבות רבה בשימור אנרגיה. לחומרי ניקוי למתכות עם חומרים פעילי שטח חיצוניים יש גם את המאפיינים של היותם לא רעילים, לא דליקים, לא מזהמים את הסביבה ומבטיחים את בטיחות העובדים. סוג זה של חומר ניקוי למתכות נמצא בשימוש נרחב לניקוי סוגים שונים של רכיבי מתכת כגון מנועי חלל, מטוסים, מיסבים וכו'.

תעשיית המזון
בתעשיית המזון, חומרים פעילי שטח הם תוספים רב-תכליתיים המשמשים בייצור מזון. לחומרים פעילי שטח למזון יש השפעות מתחלבות, הרטבה, מניעת הידבקות, שימור והפתתה מצוינות. בשל האפקט התוסף המיוחד, הם יכולים להפוך מאפים לפריכים, מזונות מוקצפים, לחם רך, ולפזר ולהפוך חומרי גלם כמו חמאה מלאכותית, מיונז וגלידה לאמולסיים באופן שווה, דבר שיש לו השפעות ייחודיות על שיפור תהליך הייצור והאיכות הפנימית של המוצרים.

חומרי הדברה חקלאיים הם נוזלי אמולסיה אשר, עקב מתח הפנים של הנוזל, יש להם את החיסרון של קושי למרוח אותם בעת ריסוס על עלי הצמח. אם מוסיפים חומר פעיל שטח לתמיסת ההדברה, החומר הפעיל שטח יכול להפחית את מתח הפנים של הנוזל, כלומר, התחליב מאבד את פעילותו השטחית, ותחליב ההדברה יתפשט בקלות על פני העלה, כך שהשפעתו כקוטלת חרקים תהיה טובה יותר.