سورفکتانت ها: میسل چیست؟

سید مسیح میرمقتدایی
کارشناس ارشد تحقیق و توسعه شرکت گلتاش

غلظت کمی از مولکول های یک شوینده را در یک محلول رقیق تجسم کنید که بیشتر آن ها در سطح بین هوا-مایع جذب می شوند. اگر شروع به افزودن ماده شوینده به این محلول بکنیم، غلظت آن تا حد اشباع شدن سطح مذکور افزایش خواهد یافت و کشش سطحی ثابت خواه شد (به نزدیکی یک حد ثابت می رسد (شکل 1-2)). اگر باز هم شوینده زیادتری اضافه کنیم، مولکول های شوینده درون محلول باقی خواهند ماند ولی باز هم سرهای آبگریز آن ها از محیط آبکی دفع می شود.
آن ها می توانند توده هایی کروی به نام میسل ایجاد کنند که قسمت درونی این میسل ها به یک فاز مجزای هیدروکربنی شباهت دارد (شکل 1-4).
غلظتی که در آن اولین میسل ها تشکیل می شوند غلظت بحرانی میسل نام دارد (CMC). این میسل ها به عنوان مولکول های بزرگی عمل کرده و بر دو خصوصیت مهم اثر می گذارند:
اندازه میسل به وسیله عدد تجمع اندازه گیری می شود که این عدد بیانگر تعداد مولکولهای ماده شوینده شرکت کرده در یک میسل است (جدول 101). چندین نکته جالب توجه در این جدول وجود ارد. اول از همه اینکه بر خلاف انوع آنیونی و کاتیونی، شوینده های غیریونی میسل های بسیار بزرگتری تشکیل می دهند. ممکن است تصور کنید خواصی مانند ویسکوزیته یا حلالیت که به اندازه میسل وابسته است، دلیلی بر وجود این میسل های بزرگ شوینده های غیرینی باشد. در عمل نیز همین طور است زیرا شوینده های غیریونی در حل کردن روغن های هیدروکربنی بسیار کارآمد هستند.
دومین نکته قابل توجه رفتار غیرعادی شوینده های غیریونی با تغییرات دمایی می باشد. در شوینده های قطبی، افزایش دما به دلیل افزایش دادن انرژی جنبشی مولکول ها، تمایل آن ها جهت تجمع و متراکم شدن را کاهش می دهد. برای انواع غیر یونی نیز این قانون صادق است ولی از طرفی افزایش دما باعث شده که گروه اتوکسیدی (EO) مولکول های آب اطراف خود را از دست بدهد که نتیجه آن کاهش قطبیت مولکول و تمایل بیشتر آن برای تجمع کردن خواهد بود. غیر یونی ها این انباشتگی را تا زمانی که به صورت نامحلول درآیند، ادامه می دهند.

چرا میسل به شکل یک کره ایجاد می شود؟

به نظر می رسد برای اکثر مولکول های شوینده، این حالت از نظر ترمودینامیکی بهترین فرم است، البته این امر بستگی به اندازه نسبی قسمت آبدوست و آبگریز مولکول دارد. کره شکل متداول میسل برای اکثر شوینده ها در غلظت هایی بیش از غلظت بحرانی میسل (CMC) می باشد که مقدار آن برای بیشتر شوینده ها زیر 1 % است، بنابرین میسل کروی فقط در نزدیکی نقطه CMC یک شکل صحیح برای مولکول های شوینده خواهد بود.
هنگامی که غلظت از این حد افزایش یابد (که بسیاری از شوینده ها نیز در این غلظت های بالا تولید و فروخته می شوند) مثلاً 25 % برای مایعات شوینده فعال و 15 % برای شامپوها، محلول حاصل رفتارهای عجیبی از نظر حلالیت و ویسکوزیته از خود نشان می دهد. علت تغییر شکل میسل ها به دلیل کاهش فضای آزاد برای آن ها است.
اولین تغییر شکل تغییر میسل های کروی به میسل های لایه ای است که می تواند به صورت فصحاتی لایه لایه و یا استوانه هایی بلند باشد (شکل 1-5). اشکال استوانه ایی غیرکروی مشابهی نیز در محلول های رقیق تر تشکیل می شوند که مختص شوینده های خاصی با زنجیره آبگریز بلند و یا مولکول هاییی که کانتر یون (یون بار مخالف) آن ها پیوند محکمی با خود مولکول شوینده دارد، می باشند.
محلول شوینده ها با مسیل های کروی همانند سیالات نیوتونی رفتار می کنند؛ ویسکوزیته آن ها مستقل از درجه برش (shear rate) بوده و تفاوت زیادی با اب ندارند. تغییر نوع میسل از کروی به صفحه ایی یا استوانه ایی باعث افزایش شدید ویسکوزیه و تغییر ماهیت این محلول ها به سیالات غیرنیوتونی می شود، که به درجه برش بستگی دارد. در یک غلظت خاص محلول به حدی ویسکوز شده که به ژل تبدیل می شود. معمولاً مسیل های استوانه ایی در غلظت های متوسط شکل گرفته و بیشترین ویسکوزیته را ایجاد می کنند. در غلظت های بالاتر مسیل های لایه ایی ایجاد شده که مولکول های آب در بین لایه های دولایه ای مولکول های شوینده به دام افتاده اند.
بنابراین در محلول های آبی، بسیری از شوینده ها در غلظت های پایین قابلیت انحلال دارند (کمتر از 25 تا 35 درصد) و محلول های شدیداً ویسکوز و ژل مانندی در غلظت های نسبتاً بالا (60 تا 80 درصد) ایجاد کرده که این روند تا غلظت های 70 الی 90 درصد به همین صورت می باشد.
مولکول های درون مسیل ثابت نیستند بلکه در یک تعادل پویا قرار دارند. تشکیل و یا ادغام مسیل های کروی در محلول های رقیق، می تواند در ظرف کسری از ثانیه اتفاق بیفتد ولی تشکیل مسیل های لایه ایی و استوانه ایی، بسیار آرام تر بوده و گاهی در طول چند ساعت یا چند روز صورت می گیرد.
مثال های زیادی از فرمولاسیون هایی وجود دارد که مخلوطی از دو یا چند ماده شوینده مختلف بوده و در این حالت بسیار مؤثرتر از یک نوع شوینده تنها عمل می کنند.
توضیح ایده میسل های ترکیبی (هنگامی که دو یا چند نوع شوینده مختلف یک نوع میسل می سازند) نیاز به توضیح برخی از پدیده های مربوط به این دسته مولکول ها داشته که در بخش های بعدی مورد بررسی قرار می گیرد.

CMC و ساختار شیمیایی

گروه آبگریز

1- CMC با افزایش تعداد کربن های زنجیره هیدروکربنی کاهش می یابد.
2- هرچه سر قطبی مولکول از انتهای شاخه هیدروکربنی به سمت وسط حرکت کند، CMC افزایش می یابد.
3- اگر قسمت آبگریز مولکول حاوی اتم هایی قطبی (مانند N یا O) باشد، باعث افزایش CMC می شود.

گروه آبدوست

1- گروه های آبدوست حای بار الکتریکی، CMC هایی به مراتب بیشتر از گروه های غیریونی اتوکسیله شده دارند.
2- افزودن یک واحد اکسید اتیلن به یک شوینده غیرقطبی، CMC آن را افزایش می دهد.
3- افزودن یک واحد اکسید اتیلن به یک اترسولفات، باعث کاهش CMC آن می شود (واحد اکسید اتیلن EO در اینجا به عنوان یک واحد آبگریز عمل می کند نه آبدوست).
4- اگر یک گروه آبدوست اضافی به مولکول اضافه گردد CMC را افزایش می دهد (اما نه گروه EO، قسمت 3 را ببینید).
5- در یک نمک آنیونی CMC بدین ترتیب کاهش می یابد: Li+ > Na+ > K+ > Ca2+ = Mg2+

اثر افزودن الکترولیت

1- با افزودن الکترولیت به شوینده های آنیونی CMC کاهش می یابد.
2- CMC شوینده های غیریونی و آمفوتری با افزایش الکترولیت به آن ها، چندان تغییر نمی کند. (اثر افزودن ترکیبات آلی بستگی به میزان حلالیت آن ها دارد).
میسل ها می توانند در محلول های غیرآبی نیز تشکیل شوند. تحقیقات چندان زیادی در زمینه انجام نشده است ولی این طور به نظر می رسد که اندازه میسل ها در حلال های هیدروکربنی و آروماتیک، کوچکتر از میسل های محیط های آبی است.

1- آروما = Aroma آروما، ماده معطر، اسانس، ماده خوشبو، ترکیبات آروماتیک

plant aroma = آرومای گیاهی

aromatherapy = آروماتراپی، رایحه درمانی

aromatherapist = آروماتراپیست 

aromatic agent = ماده معطر و آروماتیک

Chemical aroma = ماده شیمیایی معطر

aroma chemicals = مواد شیمیایی معطر

Aromatic plants = گیاهان معطر

Clove, syzgium aromaticum = میخک، قرنفل، اوژنول

fragrance and aroma ingredients = مواد معطر و خوشبو

Nepalese Cardamom, Amomum aromaticum = هل نپالی

Chinese Cinnamon, Cinnamomum aromaticum = دارچین چینی، سلیخه

AROMA, A term used to describe a sensation which is between smell and taste, such as the aroma of coffee. = آروما، واژه‌ای است كه احساس بین بوییدن و چشیدن را بیان می‌کند. مثل آرومای قهوه.

ISOLATES, Aroma chemicals that are primarily isolated from natural products. They are highly refined natural substances. = ایزولات ها: مواد شیمیایی كه تركیبات طبیعی جداسازی شدند.

MOSSY, The odor suggestive of the aromatic lichens, and mosses, primarily oak moss and tree moss; reminiscent of forest depths. = خزه ای: بویی كه شبیه مواد معطر لیتن ها، خزه ها مثل خزه بلوط است. یادآور اعماق جنگل.

essential oils, an essential oil is a concentrated hydrophobic liquid containing volatile aroma compounds from plants, also known as volatile oils = اسانس های روغنی، ماده هیدروفوب غلیظ شده که حاوی ترکیبات آروماتیک فرار گیاهان می باشد. اسانس های روغنی را روغن های فرار نیز می نامند. 

IONONES, One of the most valued synthetic perfume ingredients. They have a fresh, violet aroma and were first introduced into perfumery in 1936 in Violettes de Toulouse. = آیونونها: یكی از باارزش ترین مواد عطری سنتزی، رایحه تازه و گل بنفشه دارند. در سال 1936 به صنعت عطرسازی معرفی شدند.

FOUGÈRE, The French word for “fern.” Fougère fragrances depend on aromatic chemicals to produce the fern-like notes that combine well with lavender, citrus and coumarin in fragrances for men. = فوژه: لغت فرانسوی فِرن یا سرخس. عطریات فوژه مواد شیمایی آروماتیك برای تولید نوت های سرخس مانند هستند كه از آمیزش لاوندر، سیتروس، كومارین به دست می آید.

AROMA-CHOLOGY, A term coined by The Fragrance Foundation to describe the interrelationship between psychology and the latest in fragrance technology to elicit a variety of specific feelings and emotions. = آروماكولوژی، واژه‌ای كه توسط خانه‌های عطر ابداع شده تا شرح دهد رابطه بین روانشناسی و تكنولوژی عطر را تا احساسات و عواطف را برانگیزد.

DISTILLATION, A common technique for obtaining aromatic compounds from plants, such as orange blossoms and roses. The raw material is heated and the fragrant compounds are recollected through condensation of the distilled vapour. = تقطیر: تكنیك رایج برای بدست آوردن مواد آروماتیك گیاهان مثل شكوفه پرتقال و رز. ماده اولیه حرارت داده می شود و تركیب عطری جمع آوری می شود با روش میعان مایع تقطیر شده.

AROMA CHEMICALS, Molecules obtained from natural products or made by synthetic organic chemistry that have an aroma. Most of the synthetic aroma chemicals are nature identical, i.e., identical to the same molecule obtained from a natural product. = مواد شیمیایی آروماتیك یا آروماكمیكال ها مولکول‌هایی هستند كه از محصولات طبیعی به دست می‌آیند یا به صورت سنتزی ساخته می‌شوند و بو دارند. بسیاری از مواد شیمایی آروماتیك بوی شبیه مواد طبیعی دارند. به عبارت دیگر شبیه مولکول‌هایی هستند كه از طبیعت به دست می‌آیند.

ENFLEURAGE, In this process, aroma materials are absorbed into wax and then the odorous oil is extracted with ethyl alcohol. Extraction by enfleurage was commonly used when distillation was not possible because some fragrant compounds denature through high heat. = انفلوراژ: در این فرایند مواد معطر به داخل یك ماده مومی شكل جذب می شود و سپس روغنهای معطر با اتیل الكل جدا می شود. استخراج با انفلوراژ برای گیاهان ظریف استفاده می شود كه در اثر تقطیر ممكن است ملكولهای مواد معطرشان تخریب شود.

ANIMALIC, Characterized by bodily aromas or aromas most associated with traditional animal materials such as musk, civet and castoreum. These materials are now banned and have been replaced with musks obtained from plants and civet and castoreum smelling molecules obtained synthetically. = انیمالیك یا حیوانی، به بوهایی گفته می‌شود كه در عطرهای حیوانی سنتی مثل مُشك، سیوت و كاستریوم وجود دارد. این مواد در حال حاضر ممنوع هستند و با مشک‌های به دست آمده از گیاهان و مولکول‌هایی كه بوی شبیه سیوت و كاستریوم می‌دهند و به صورت سنتزی تشكل شده‌اند جایگزین شده‌اند.

NEROLI OIL, Neroli essential oil is extracted from the fragrant blossoms of the bitter orange tree and has a beautiful aroma that appeals to men and women alike. In common with rose and jasmine, neroli oil is almost a complete fragrance in itself and forms the heart of one of the worlds most enduring perfumes, ‘Eau de Cologne’. = روغن نرولی: روغنی كه از شكوفه معطر پرتقال تلخ به دست می آید.

2- قطبیت = Polarity قطبیت، تمایل قطبی 

3- قانون = Regulation قانون گذاری

downregulation = کاهش

osmoregulation = تنظیم تراوایی، اسمو رگولاسیون

natural regulation = تنظیم طبیعی

Seborrhea regulation = تنظیم ترشح چربی توسط غدد چربی

cosmetics regulations = قوانین و مقررات آرایشی بهداشتی

Scalp hyperseborrhea regulation = تنظیم فعالیت بیش از حد غدد چربی پوست سر

functions of the skin are protection, heat regulation, sensation, excretion, secretion and absorption = عملکردهای پوست عبارتند از محافظت، تنظیم دما، لامسه، ترشح چربی و تراوش عرق

4- آنیونی = Anionic آنیونی، دارای بار الکتریکی منفی

5- حلالیت = Solubility
limited solubility = حلالیت محدود

6- ویسکوز = Viscose ویسکوز، با قوام

7- انباشت = Buildup تجمع انباشتگی

Dead cell buildup = انباشته شدن سلول های مرده

Buildup of dead cells = تجمع یا انباشته شدن سلول های مرده

Pores may be clogged from dead skin cell buildup in the hair follicle = منافذ پوست ممکن است در اثر انباشت سلول مرده در فولیکول مو مسدود شده باشد

Exfoliants are products that help exfoliate the skin and remove excess cell buildup from the skin surface = لایه بردارها محصولاتی هستند که به جداشدن سلولهای مرده پوست کمک می کنند وانباشت بیش از حد سلول روی سطح پوست را می زدایند

8- آمفوتری = Amphoteric آمفوتری، آمفوتریک

9- کاتیونی = Cationic کاتیونیک، کاتیونی
ماده‌ای که توانایی آسیب رسانی به ژنوم یا اختلال در فرایندهای متابولیکی سلول را دارد.
cationic peptide = پپتید کاتیونی

aluminum salts and cationic ingredients = نمک های آلومینیوم و ترکیبات کاتیونی 

10- سر قطبی = Polar Head سر قطبی 

11- حلال ها = Solvents حلال ها

residual solvents = حلال باقیمانده

EXTRACTION, Extraction with volatile solvents is the most effective and commonly used method to obtain essences. = استخراج: استخراج با حلال های فرّار موثرترین و رایج ترین روش به دست آوردن گیاهان است.

EXTRACTS, Concentrated perfume or flower products obtained through the process of extraction using volatile solvents. = عصاره: محصولات حاصل از استخراج با حلالهای فرّار كه تغلیظ شده است.

12- اتوکسیله = Ethoxylated اتوکسیله، ترکیبی به آن مولکول اتیلن اکساید اضافه شده. 

13- غیر یونی = None Ionic غیر یونی

14- کشش سطحی = Surface Tension
surface tension of water = کشش سطحی آب 

15- الکترولیت = Electrolite الکترولیت 

16- ویسکوزیته = Viscosity ویسکوزیته، گرانروی، قوام، مقاومت در برابر جاری شدن

high viscosity at rest = ویسکوزیته بالا در حالت سکون 

low-viscosity topical preparation = محصول موضعی با ویسکوزیته پایین

مطلب فوق را در شبکه های اجتماعی زیر با دوستانتان به اشتراک بگذارید