सर्फेक्टेंट (एसपीसी या एसपीसी) आमतौर पर हमारे पर्यावरण में पाए जाते हैं – मुख्य रूप से सफाई एजेंटों और सौंदर्य प्रसाधनों में। रासायनिक यौगिकों के इस समूह की विशेषता क्या है? उनका वर्गीकरण क्या है और हम विशेष प्रकार के सर्फेक्टेंट का उपयोग किस लिए कर सकते हैं?
सर्फेक्टेंट क्या हैं?
सतह-सक्रिय एजेंट, जिन्हें सर्फेक्टेंट या एसएए (सतह सक्रिय एजेंट) के रूप में भी जाना जाता है, रासायनिक पदार्थ हैं जिनकी मुख्य विशेषता विभिन्न पदार्थों के संपर्क में सतह या अंतरापृष्ठीय तनाव को कम करना है। यह प्रभाव सतह-सक्रिय यौगिकों के अणुओं की विशिष्ट संरचना के कारण होता है – इनमें एक ध्रुवीय भाग (जलस्नेही, जल में घुलनशील „सिर”) और एक अध्रुवीय भाग (जलविरागी, जल में अघुलनशील „पूंछ”) होता है। ध्रुवीय भाग आमतौर पर अम्लीय अवशेष होता है, जबकि अध्रुवीय भाग कार्बनिक लवण होता है।
सर्फेक्टेंट और उनके उपयोग के संदर्भ में, निम्नलिखित गुण महत्वपूर्ण हैं:
कई पदार्थों या पदार्थों के मिश्रण में उच्च घुलनशीलता,
इमल्शन और मिसेल बनाने की क्षमता,
मजबूत सोखना गुण,
सूक्ष्मजीवों के लिए विषाक्तता,
रासायनिक या जैव-निम्नीकरण के प्रति संवेदनशीलता, जो पर्यावरण के लिए उनकी हानिकारकता को कम करती है।
सर्फेक्टेंट क्या भूमिका निभाते हैं?
अपने विशिष्ट गुणों के कारण, सर्फेक्टेंट विभिन्न कार्य करते हैं। इनका उपयोग झाग बनाने वाले और धोने वाले एजेंट, पायसीकारी, घुलनशील एजेंट, साथ ही गीला करने वाले और फैलाने वाले एजेंट के रूप में किया जा सकता है। इनमें अवशोषण, एंटी-केकिंग, एंटीस्टेटिक और मृदुकरण गुण भी होते हैं।
सर्फेक्टेंट के उपयोग के संदर्भ में, एचएलबी (हाइड्रोफाइल-लिपोफाइल संतुलन) सूचकांक की अवधारणा महत्वपूर्ण है। एचएलबी मान जितना अधिक होगा, यौगिक उतना ही अधिक जलस्नेही होगा तथा जल में उतना ही अधिक घुलनशील होगा, तथा मान जितना कम होगा, यौगिक उतना ही अधिक जलविरागी होगा तथा तेल में उतना ही अधिक घुलनशील होगा। उच्च एचएलबी मान वाले यौगिकों का उपयोग आमतौर पर घुलनशील और धुलाई एजेंट के रूप में किया जाता है, जबकि सूचकांक के कम मूल्य वाले यौगिकों का उपयोग गीला करने, कोटिंग और एंटीफोमिंग एजेंट के रूप में किया जाता है।
सर्फेक्टेंट का उपयोग कोलाइड, फोम और इमल्शन प्राप्त करने के लिए भी किया जाता है। पायस (इमल्शन) दो तरल पदार्थों की एक प्रणाली है जो आपस में मिश्रित नहीं होते। यह स्पष्टतः समरूप मिश्रण एक पदार्थ की बूंदों से बना है जो दूसरे पदार्थ में निलंबित हैं। माध्यम और वांछित पायस के प्रकार के आधार पर, विभिन्न एचएलबी मूल्यों वाले सर्फेक्टेंट को पायसीकारी के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। फूडकॉम एस.ए. विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए कई प्रकार के सर्फेक्टेंट प्रदान करता है।
सर्फेक्टेंट प्रकृति में भी पाए जाते हैं। फेफड़ों में, लिपोप्रोटीन से बने ये यौगिक, एल्वियोलाई में तनाव को कम करते हैं, जिससे वे ठीक से काम कर पाते हैं।
सर्फेक्टेंट का वर्गीकरण
सर्फेक्टेन्ट्स को आमतौर पर उनकी रासायनिक संरचना के अनुसार विभाजित किया जाता है। हम नवीकरणीय या गैर-नवीकरणीय स्रोतों से प्राप्त यौगिकों, आसानी से विघटित होने वाले या कठिन/गैर-अपघटित होने वाले यौगिकों में भी अंतर कर सकते हैं, तथा उन्हें उनके संभावित अनुप्रयोगों के अनुसार विभाजित कर सकते हैं। कभी-कभी हाइड्रोफिलिक भागों की संरचना और संख्या तथा उन्हें जोड़ने वाली श्रृंखलाओं की संरचना के अनुसार भी विभाजन किया जाता है।
नीचे हम रासायनिक संरचना के आधार पर सबसे अधिक प्रयुक्त वर्गीकरण प्रस्तुत कर रहे हैं। सर्फेक्टेंट को आयनिक और गैर-आयनिक में विभाजित किया जाता है, जिनमें से आयनिक को आगे विभाजित किया जाता है: एनायनिक, कैटायनिक और एम्फोटेरिक। इस वर्गीकरण से सर्फेक्टेंट के चार बुनियादी समूह बनते हैं, जिनका वर्णन नीचे किया गया है।
एनायनिक सर्फेक्टेंट
एनायनिक सर्फेक्टेंट में एक हाइड्रोफिलिक एनायनिक भाग होता है, अर्थात एक ऋणात्मक आवेशित भाग। उनकी अच्छी जैवनिम्नीकरणीयता के कारण, वे सबसे अधिक उपयोग किये जाने वाले सर्फेक्टेंट हैं।
इसमें छह उपसमूह हैं, जिनमें अणु में दो या तीन हाइड्रोफिलिक समूहों वाले यौगिक शामिल हैं। उपसमूह के आधार पर, ऋणायनिक सर्फेक्टेंट में गीलापन, झाग, धुलाई, फैलाव जैसे गुण हो सकते हैं।
एनायनिक सर्फेक्टेंट के उदाहरण हैं: सोडियम 2-एथिलहेक्सानॉल सल्फेट, सोडियम सल्फेटेड डेसिल अल्कोहल, सोडियम एल्काइलबेन्जीनसल्फोनिक एसिड, सोडियम लॉरिल सल्फेट। सौंदर्य प्रसाधनों में, वे SLS या SLES जैसे संक्षिप्त नामों के अंतर्गत दिखाई देते हैं।
इन पदार्थों का उपयोग साबुन, वाशिंग पाउडर और अन्य सफाई, धुलाई और डिटर्जेंट में सामग्री के रूप में किया जा सकता है। इनमें जलन पैदा करने वाले गुण हो सकते हैं, यही कारण है कि इन्हें अक्सर अन्य सर्फेक्टेंट के साथ मिलाया जाता है जो इनके प्रभाव को कम करते हैं।
धनायनिक सर्फेक्टेंट
धनायनिक पृष्ठसक्रियकों में धनायनिक जलस्नेही भाग होता है, अर्थात् धनात्मक आवेश होता है। इनका उपयोग कम होता है क्योंकि इनकी जैवनिम्नीकरण क्षमता कम होती है और इसलिए पर्यावरण को अधिक नुकसान होता है।
सबसे आम धनायनिक सर्फेक्टेंट चतुर्थक अमोनियम लवण पर आधारित होते हैं। अन्य उदाहरणों में बेंज़ाल्कोनियम क्लोराइड और सीटाइलट्राइमेथिलैमोनियम ब्रोमाइड शामिल हैं।
धनायनिक पृष्ठसक्रियकों में कमजोर झाग और धुलाई गुण होते हैं, लेकिन इनका उपयोग गाढ़ा करने वाले, पायसीकारी, फैलावक, साथ ही जैवनाशी और प्रतिस्थैतिक यौगिकों के रूप में किया जा सकता है। वे अक्सर बाल उत्पादों, जैसे कंडीशनर और शैंपू में पाए जाते हैं, जो विद्युतीकरण को रोकने में मदद करते हैं। इनमें चिकनाई, कंडीशनिंग, कीटाणुनाशक और जीवाणुनाशक प्रभाव भी हो सकते हैं।
उभयधर्मी सर्फेक्टेंट
उभयधर्मी पृष्ठसक्रियकों में एक हाइड्रोफिलिक समूह होता है जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेश होते हैं। किसी यौगिक का रूप उस विलयन के pH पर निर्भर करता है जिसमें वह पाया जाता है।
उभयधर्मी सर्फेक्टेंट का एक उदाहरण बीटाइन व्युत्पन्न (एक पदार्थ जिसके कई अनुप्रयोग हैं, जिसमें पेट में हाइड्रोक्लोरिक एसिड का उत्पादन बढ़ाना भी शामिल है) हैं: एल्काइल बीटाइन, बीटाइन सल्फेट और एल्काइल एमिडो बीटाइन, जिनमें दुर्गन्धनाशक और जीवाणुनाशक गुण होते हैं।
उपरोक्त समूहों में से, उभयधर्मी सर्फेक्टेंट सबसे कम हानिकारक हैं और वे अन्य सर्फेक्टेंट के परेशान करने वाले प्रभाव को भी कम करते हैं। वे अच्छी तरह से झाग बनाते हैं और उनमें उत्कृष्ट गाढ़ा करने के गुण होते हैं तथा पानी में उच्च घुलनशीलता होती है। वे शिशु शैंपू, अंतरंग स्वच्छता उत्पादों और कार डिटेलिंग उत्पादों का एक घटक हैं।
गैर-आयनिक सर्फेक्टेंट
नॉनआयनिक सर्फेक्टेंट में नॉनआयनिक हाइड्रोफिलिक भाग होता है। इनमें अच्छी जैवनिम्नीकरणीयता की विशेषता होती है। उनके गुण अलग-अलग हो सकते हैं, यही कारण है कि उनका उपयोग विभिन्न उद्योगों में किया जाता है – जैसे रासायनिक, कपड़ा, धातुकर्म और सौंदर्य प्रसाधन उद्योग।
इनमें आमतौर पर अच्छे पायसीकारी और गीला करने वाले गुण होते हैं और ये अच्छे डिटर्जेंट के रूप में भी काम करते हैं। सौंदर्य प्रसाधन में, इनका उपयोग शैंपू और क्लींजिंग एजेंटों के उत्पादन में किया जाता है, अक्सर इनका उपयोग आयनिक सर्फेक्टेंट के साथ मिलकर उनके जलन पैदा करने वाले प्रभाव को कम करने के लिए किया जाता है।
ऐसे यौगिक का एक उदाहरण पॉलीसोर्बेट 20 है, जिसका उपयोग सौंदर्य प्रसाधन और दवा उद्योग में पायसीकारक के रूप में किया जाता है। इसका उद्देश्य सौंदर्य प्रसाधनों जैसे क्रीम, डिओडोरेंट्स, बेबी ऑयल और हेयर केयर उत्पादों की बनावट और स्थिरता में सुधार करना है।
सर्फेक्टेंट का उत्पादन
अतीत में, सर्फेक्टेंट का उत्पादन केवल पेट्रोकेमिकल कच्चे माल से किया जाता था। पर्यावरण के प्रति बढ़ती चिंता और CO2 उत्सर्जन को कम करने के वैश्विक प्रयासों के कारण अब इन्हें मुख्य रूप से हाइड्रोकार्बन और वनस्पति मूल के फैटी एसिड से प्राप्त किया जाता है। जैव-प्रौद्योगिकीय प्रक्रियाओं में सूक्ष्मजीवों की भागीदारी से उत्पादित बायोसर्फेक्टेंट्स, अर्थात् सतह-सक्रिय यौगिकों का उत्पादन करना भी संभव है।
पादप-आधारित सर्फेक्टेंट के उपयोग के उदाहरणों में बर्तन धोने वाले तरल पदार्थ और रेपसीड तेल पर आधारित शाकनाशी योजक शामिल हैं।
सर्फेक्टेंट का अनुप्रयोग
सर्फेक्टेन्ट्स का उपयोग कई उद्योगों और घरों में किया जाता है। नीचे हम सर्फेक्टेंट के उपयोग के सबसे लोकप्रिय तरीकों पर चर्चा कर रहे हैं।
सौंदर्य प्रसाधन उद्योग
सौंदर्य प्रसाधन उद्योग में, सर्फेक्टेंट के झाग बनाने, फैलाने और पायसीकारी गुणों का बहुत महत्व है। इनका उपयोग शैंपू और क्लींजिंग एजेंटों में किया जाता है, जिससे शरीर या बालों की सतह से विभिन्न अशुद्धियों को प्रभावी ढंग से हटाया जा सकता है। इनका उपयोग सौंदर्य प्रसाधनों में पायसीकारी के रूप में भी किया जाता है। उनके जैवस्थैतिक और जैवनाशी गुणों के कारण, उनका उपयोग कॉस्मेटिक तैयारियों को सूक्ष्मजीवों की क्रिया से बचाने के लिए भी किया जाता है।
घरेलू रसायन
घरेलू रसायन उद्योग में, सर्फेक्टेंट डिटर्जेंट की भूमिका निभाते हैं। इनका उपयोग धुलाई, सफाई और शुद्धिकरण के साथ-साथ गाढ़ा करने और मुलायम करने के लिए भी किया जाता है। वे सूक्ष्मजीवों से भी सुरक्षा करते हैं।
धातुकर्म और पेट्रोलियम उद्योग
सर्फेक्टेंट का उपयोग पेट्रोलियम उद्योग में भी किया जाता है – तेल भंडारों के दोहन में और कच्चे तेल के विलवणीकरण में, एक डीमल्सीफाइंग एजेंट के रूप में। वे पेट्रोलियम उत्पादों में भी मिलाए जाते हैं। धातु विज्ञान में इनका उपयोग धातु की सतहों को साफ करने के लिए किया जाता है।
अन्य उपयोग
ऊपर बताए गए उपयोगों के अतिरिक्त, उद्योग में सर्फेक्टेंट के कई अन्य उपयोग भी हैं। वस्त्र उद्योग में इनका उपयोग गीला करने, धोने, पायसीकारी और फैलाने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है, साथ ही कपड़ों को नरम करने और रंगने में सहायक एजेंट के रूप में भी किया जाता है। खाद्य उद्योग में इनका उपयोग पायसीकारी, स्टेबलाइजर और झाग बनाने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में इनका उपयोग अर्धचालक पदार्थों और चुंबकीय कणों के उत्पादन के लिए किया जाता है, और ऑटोमोटिव उद्योग में – कार शैंपू और एंटी-फॉगिंग एजेंट बनाने के लिए किया जाता है। इनका उपयोग पेंट, वार्निश, सूक्ष्मजीवों से लकड़ी की सुरक्षा करने वाले एजेंटों के उत्पादन में तथा कीटनाशकों के घटक के रूप में भी किया जाता है।
क्या सर्फेक्टेंट कठोर जल को नरम बनाते हैं?
सर्फेक्टेन्ट्स का नरम करने वाला प्रभाव होता है। वे कठोर जल में उपस्थित अणुओं को सोखकर उसे नरम बनाते हैं, जिससे धुली हुई सतह अधिक नम हो जाती है तथा गंदगी के कण पानी में अधिक आसानी से घुल जाते हैं। तथापि, कठोर जल के कारण डिटर्जेंट के रूप में उपयोग किए जाने वाले सर्फेक्टेंट की खपत अधिक हो जाती है – उचित झाग और सफाई या धुलाई प्रभाव प्राप्त करने के लिए आवश्यक उनकी मात्रा मृदु जल की तुलना में अधिक होती है। इस कारण से, वाशिंग पाउडर, सफाई एजेंट और डिटर्जेंट के निर्माता अक्सर जल मृदुकरण पदार्थों के रूप में योजकों का उपयोग करते हैं, जैसे ऐक्रेलिक-मैलिक कॉपोलीमर या जिओलाइट्स के सोडियम नमक समाधान।
सर्फेक्टेंट की हानिकारकता
पृष्ठसक्रियकों के गुणों और विभिन्न माध्यमों में उनकी उच्च घुलनशीलता के कारण, जो यौगिक पूरी तरह से विघटित नहीं हुए हैं, वे प्रकृति में स्वतंत्र रूप से परिचालित हो सकते हैं। इन्हें मलजल और शुद्ध जल, भूजल, सतही जल और मिट्टी दोनों में पाया जाता है, जहां से वे पौधों और जीवित जीवों तक पहुंचते हैं। सर्फेक्टेंट जीवों में आसानी से जमा हो जाते हैं, जिससे जैव-सांद्रण की खतरनाक घटना हो सकती है।
सर्फेक्टेन्ट्स का मानव त्वचा पर भी परेशान करने वाला प्रभाव हो सकता है। यह विशेष रूप से उन तैयारियों पर लागू होता है जिनमें काफी मात्रा में सर्फेक्टेंट होते हैं, जैसे घरेलू रसायन। ऐसे यौगिकों के संपर्क में आने से जलन और एलर्जी हो सकती है। सौंदर्य प्रसाधनों और बॉडी वॉश में मौजूद सतह-सक्रिय यौगिक त्वचा के अनुकूल सर्फेक्टेंट के समूह से संबंधित हैं।
सर्फेक्टेन्ट्स का उपयोग कई विभिन्न उद्योगों में किया जाता है। उपयुक्त यौगिक का चयन करते समय, इसके गुणधर्मों, उत्पाद पीएच, एचएलबी सूचकांक और सीएमसी, जो सर्फेक्टेंट की मिसेल बनाने की क्षमता को इंगित करता है, को ध्यान में रखा जाना चाहिए। किसी दिए गए यौगिक के दुष्प्रभावों, उसके परेशान करने वाले प्रभावों तथा इन नकारात्मक प्रभावों को कम करने के लिए संभावित योजकों पर विचार करना भी महत्वपूर्ण है। आजकल, पर्यावरण की देखभाल भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, यही कारण है कि उत्पादन के लिए पौधों या सूक्ष्मजीवी मूल के यौगिकों और आसानी से जैवनिम्नीकरणीय यौगिकों का चयन करना अच्छा होता है।
