습윤 용액

Wetting solution

습윤 용액은 표면 장력을 낮춰 최적의 확산을 유도하여 두 불용성 상 사이의 거리를 최소화하는 활성 화학 화합물을 포함하는 액체입니다.인터페이스로 알려진 두 상은 다섯 가지 범주로 분류될 수 있습니다. 즉, 고체, 고체 액체, 액체, 액체 [1]가스입니다.

습윤 용액은 4천 년 이상 세제 역할을 해온 오랜 역사를 가지고 있지만, 근본적인 화학적 메커니즘은 1913년에 이르러서야 [2][3]맥베인에 의해 완전히 발견되었다.이후 미셀 형성의 기본 메커니즘과 습윤 용액의 작동 원리를 밝히기 위한 다양한 연구가 진행되어 적용 영역을 넓혔다.

물방울에 습윤 용액을 첨가하면 고유의 확산 특성으로 인해 박막이 형성됩니다.이러한 특성은 소수성 코어와 두 [4]상 사이의 표면 장력을 낮출 수 있는 친수성 표면을 가진 계면활성제 분자 클러스터로 구성된 특정 화학 구조인 미셀의 형성을 선호한다.

또한 습윤용액은 비이온성, 음이온성, 양이온성 및 zwitterionic의 [5]4가지 등급으로 나눌 수 있다.

기름진 표면에 액체를 한 방울 떨어뜨려 확산 특성을 조사할 수 있습니다.액체가 습윤용액이 아닐 경우 액체 방울은 그대로 유지됩니다.액체가 습윤용액일 경우 미셀의 형성이 [6]액체의 표면장력을 낮추기 때문에 액체방울이 기름 표면에 균일하게 퍼집니다.

습윤 용액은 의약품,[7] 화장품[8] 및 [9]농업에 적용할 수 있습니다.습윤 용액의 많은 실용적인 사용에도 불구하고, 습윤 용액의 존재는 산업용 막 [10]증류에서 정수하는 데 방해가 될 수 있습니다.

전형적인 습윤 용액 분자는 친수성 머리와 긴 소수성 꼬리로 구성되어 있다. (위에서 아래로 : 비이온성, 음이온성, 양이온성, zwiterionic)

역사

습윤제는 수천 년 동안 세정 목적으로 비누로 사용되었습니다.습윤 용액의 가장 오래된 증거는 고대 [2]바빌론의 기원전 2800년으로 거슬러 올라간다.비누에 대한 가장 신뢰할 수 있는 언급은 [11]서기 200년 경 그리스 의사 갈렌의 글에 있다.다음 세기 동안, 습윤 용액은 습윤 특성 때문에 주로 세제 역할을 했다.습윤 용액의 광범위한 사용에도 불구하고, 근본적인 화학적 메커니즘은 1913년 McBain이 제안한 이론이 등장할 때까지 알려지지 않았다.계면활성제 분자의 용액의 전기전도율이 농도에 따라 어떻게 변화했는지를 연구한 그는 자기집합형 골재 [3]형태의 계면활성제 분자의 가능성을 제기했다.1949년에 데바이가 원래의 가설을 발표할 때까지 그는 미셀 형성의 이유와 유한한 모양의 [12][13]미셀의 존재를 설명하지 않았다.맥베인의 발견은 홉스,[14] 우시카,[15] 라이히, 할시의[16] 1950년부터 1956년까지[17] 수많은 연구를 촉발시켰다.이 학자들은 평형계를[disambiguation needed] 설명하는 기본 이론의 일부를 수정하고, 데바이의 원형에서 간과되었던 표면 에너지의 역할을 강조하고자 했습니다.1976년, 미셀 형성의 메커니즘을 이해하기 위한 기본 이론이 Tanford의 자유 [18]에너지 모델에 의해 개발되었습니다.모든 관련 물리화학적 요소들을 통합하고 미셀의 성장을 설명하는 것 외에, 그는 왜 미셀이 반대되는 상호작용 [19][20]힘에 있어서 유한한지에 대한 포괄적인 추론을 제공했습니다.

메커니즘

습윤용액 분자의 비극성 꼬리에 의해 형성된 소수성 코어를 가진 미셀은 분자의 극성 헤드에서 발생하는 친수층으로 둘러싸여 있다.

습윤 용액 분자의 화학적 구조는 친수성 머리와 긴 소수성 꼬리로 구성됩니다.이것의 뚜렷한 양친매성으로 인해 친수성 헤드는 수성 부피상에, 소수성 부분은 유기 부피상에 각각 [6]묻힐 수 있습니다.습윤용액 분자는 유기상의 각 분자와 수용상의 각 물 분자 사이의 분자간 힘을 [5]변위에 의해 분해한다.낮은 인력으로 인해 표면 장력이 감소한다.습윤용액을 더 첨가하면 습윤용액 분자의 농도가 높아지면 표면장력이 더욱 감소하여 표면의 분자가 더 많아진다.표면에 남아 있을 빈 공간이 더 이상 없을 때 분자는 수성 상태로 남아 있어야 합니다.이 때 표면장력이 최대한 낮아져 임계미셀농도(CMC)[21]라고 불린다.CMC가 낮을수록 습윤용액은 표면장력을 감소시키는 데 효율적입니다.추가적인 습윤 용액 분자는 미셀이라고 불리는 몇 가지 특별한 구조로 자기 집적된다.미셀은 습윤용액 분자의 비극성 꼬리에 의해 형성된 소수성 코어를 가진 구체로 분자의 극성 [4]헤드에서 발생하는 친수층으로 둘러싸여 있다.여분의 습윤 용액 분자는 표면에 달라붙는 대신 미셀을 형성하도록 강요되므로 표면 장력은 일정하게 유지됩니다.표면 장력이 최소화되었기 때문에 액체 방울이 완전히 퍼져 표면에 [4]얇은 막을 형성할 수 있습니다.

분류

일반적으로 습윤용액 분자는 친수성 헤드와 긴 소수성 꼬리로 구성된다.소수성 영역은 일반적으로 포화 또는 불포화 탄화수소 사슬, 복소환 고리 또는 방향족 [5]고리를 포함합니다.유사한 양친매성 조성에도 불구하고 분자는 친수성 그룹의 성질에 대해 비이온성, 음이온성, 양이온성 및 zwiterionic의 4가지 등급으로 나눌 수 있다.

다음 표는 해당 등급의 구성, 특수 기능 및 각 습윤 용액의 다양한 형태의 일반적인 예를 보여줍니다.

습윤 용액 구성. 특장점 일반적인 예
비이온성 이온기가[5] 없는 경우 친수성 영역으로서의 아폴리(옥시에틸렌) 사슬 지방 알코올, 지방산, 지방 아민, 알킬페놀 및 폴리머의[22] 합성 형태 알킬페놀레토실레이트, 트윈80[22]
음이온성 수용성[5] 강화를 위한 대항제로서 나트륨 또는 칼륨을 수반하는 황산염, 카르본산염, 술폰산염 또는 인산 이온 헤드 나트륨과 칼륨 이온은 높은 오일 용해도를[5] 위해 마그네슘 또는 칼슘 이온으로 대체될 수 있다 도데실황산나트륨(SDS), 알킬벤젠술폰산나트륨[5]
양이온성 아민 또는 하전된 제4급 암모늄 양이온으로 헤드기[5] 아민 함유 분자는 양성자화[23] 후 낮은 pH 하에서만 습윤제로 간주될 수 있다 브롬화알킬트리메틸암모늄, 염화세틸피리듐(CPC)[23]
Zwitterionic 반대 전하의 극성 이온 헤드보다, 음전하가 카르본산 음이온에[5] 의해 운반되는 동안, 양전하 헤드 그룹은 대부분 암모늄 양이온이다. 글리신, 아미노프로피온산[24] 등의 N-알킬 유도체 알킬베테인, 포스파티딜콜린(레시틴)

적용들

일반적으로 축축한 용액은 의약품,[7] 화장품[8],[9] 농업에 사용된다.습윤 용액의 적용을 극대화하는 McBain의 연구는 제조자와 소비자 모두에게 광범위한 옵션을 가능하게 하고 의약품의 안정성, 의약품의 공급, 그리고 의약품의 공급과 같은 응용 분야의 제품 성능을 개선하는 데 중요한 역할을 한다.세정 제품의 효과와 토양 내 수분 유지.

제약

다른 습윤 용액의 특정한 특성은 약물 안전과 환자의 경험을 향상시키는데 이로운 대체 약물 전달을 할 수 있습니다.예를 들어 비이온성 습윤용액인 솔란 C-24는 디스코솜으로 알려진 습윤용액 분자의 큰 이중층을 형성하고 있어 시스템 부작용을 [7][25]일으킬 위험이 낮다.비이온성 습윤용액은 일반적으로 [7]독성과 CMC 값이 높은 이온성 습윤용액에 비해 용도가 넓고 표면장력 감소에 더 효과적인 것으로 나타났다.제제의 안전성, 유효성 및 품질을 보장하기 위해 습윤용액 선택에 따른 독성 및 상호작용 프로파일을 신중하게 [7]조사한다.

투약 형태: 서스펜션

현탁제제는 불용성 고형 약제 [7]입자를 포함하는 액체 투여 형태이다.보관 중에 함께 압축된 고체 입자가 필요한 [26]용량을 측정하기에 충분한 시간 동안 약한 흔들림으로 액체 차량 전체에 쉽게 재분산될 수 있다면 서스펜션 준비가 이상적입니다.

고체 입자는 자연적으로 응집되는 경향이 있으며 [7]공기막 코팅의 존재로 인해 결국 꼬임 현상을 일으킵니다.이에 대한 해결책은 서스펜션 준비를 [7]위한 액체 운반체로 습식 용액을 사용하는 것입니다.습윤용액은 공기막을 치환함으로써 고체입자의 분산능력을 증가시켜 고체입자 간의 상호작용을 최소화하고 [7][27]응집속도를 감소시킨다.

국소 안과용액

습윤용액은 국소 안과용액의 표면장력을 낮추고 [7]각막에 도포 시 상호 작용을 증가시켜 즉각적인 확산을 유도한다.즉각적인 확산은 흡수를 위해 각막에 노출되는 약물 분자의 양을 증가시키고,[7] 따라서 더 빨리 활동을 시작합니다.상호작용이 증가하면 국소 안과용액이 더 오랜 시간 각막 표면에 남아 외부 환경으로부터 [7][28]각막의 보호층인 눈물막을 통해 도포된 국소 안과용액 층에서 각막 상피로 확산될 수 있는 약물의 양을 극대화할 수 있다.

화장품:피부 클렌징 제품

세안제, 바디워시, 샴푸를 포함한 피부 클렌징 제품은 습윤 [8]용액으로 구성되어 있습니다.습윤용액은 [8]피지선에서 분비되는 소수성 피지 사이의 표면 장력을 줄여 피부와 두피 표면을 효율적으로 펴고 습윤시킬 수 있습니다.효율적인 습윤 용액은 피부를 관통하여 모낭의 개구부를 통해 분비되는 피지를 포함한 국소적인 용도, 체액, 각질 및 [8]미생물을 클리어합니다.

비이온성 습윤액은 피부자극의 위험이 낮고, 예를 들어 식물에서 추출한 향기와 에센셜 오일 등 다른 성분 간의 표면장력을 감소시켜 일관된 액체식 [8]제조에 효과적이다.그러나 비이온성 습윤용액은 다른 유형의 습윤용액보다 비용이 높기 때문에 상업용 [8]제품에는 바람직하지 않다.

카티온성 습윤 용액은 피부자극 문제를 더 심하게 일으키므로 피부 클렌징 [8]제품에는 사용하지 않습니다.반쪽 머리 길이에만 바르고 짧은 시간 [8]후에 씻어내는 헤어 컨디셔너에 사용됩니다.

음이온성 및 양성 습윤 용액은 바디 워시와 [8]샴푸의 혼합물로 자주 사용됩니다.피부 클렌징 제품으로 배합된 음이온성 습윤 용액은 피부 세포의 콜라겐이 부풀어 오르거나 세포 [8][29]사멸을 일으켜 피부 자극을 유발하는 황을 함유하는 경우가 많아 화학적 변형이 종종 있었다.변성 음이온 습윤 용액의 예로는 황산암모늄과 변성 술포숙신산염이 있으며, 둘 다 피부 [8][29]자극이 적은 것으로 보고되었다.

농업

습윤 용액은 물, 영양소 및 화학 물질(비료 및 살충제 [9][30]등)의 침투 정도에 영향을 받는 농작물 수확량을 증가시키기 위해 농업에서 널리 사용된다.습윤 용액은 표면 [31]장력을 감소시켜 수분과 영양소의 표면 유출을 줄이고 발수성 토양에서의 수분 침투를 개선합니다.습윤 용액 처리 토양은 깊은 토양 지역에 있는 높은 수분 함량과 균일한 영양분 분포를 유지하여 농작물 수확에 도움이 되고 [31]물 효율을 향상시키는 것으로 나타났습니다.농업에서 사용되는 습윤용액으로는 변성알킬화폴리올, 폴리에테르폴리올과 글리콜에테르 혼합, 폴록살렌, 2-부톡시에탄올 [30]혼합 등이 있다.

업계의 우려 사항

막 증류는 기공이 있는 소수성 막을 이용하여 기름이나 원치 않는 [10]화학 물질과 같은 오염 물질로부터 수증기를 분리하는 정수 과정입니다.여과 효율과 막의 안정성은 [10][32]습윤에 의해 저하될 수 있다.소수성 막의 습윤은 의약품, 화장품 및 농업 [10]등 다양한 분야에서 사용이 증가하고 있기 때문에 오수에 습윤 용액이 존재하기 때문에 발생합니다.가능한 해결책은 오수를 전처리하여 습윤용액을 제거하는 것으로,[32] 습윤용액의 막 접촉량을 제한하는 것입니다.막의 내구성을 연장하기 위한 다른 가능한 해결책으로는 물과 기름에 대한 기피성 막 재료의 변경, 에어백 및 막 표면 형상 [10][32][33]변경이 있다.이러한 솔루션은 비용이 많이 들고 막 [32]증류의 내구성과 효율성을 최적화하기 위한 추가 연구 개발이 필요합니다.

레퍼런스

  1. ^ Kronberg, Bengt; Holmberg, Krister; Lindman, Björn (2014-10-31). Surface Chemistry of Surfactants and Polymers. doi:10.1002/9781118695968. ISBN 9781118695968.
  2. ^ a b Butler, Hilda (2001). Poucher's Perfumes, Cosmetics and Soaps : Volume 3 Cosmetics. Springer Netherlands. ISBN 978-94-011-1482-0. OCLC 958540716.
  3. ^ a b The Chairman; Ostwald, Wolfgang (1913). "Colloids and their viscosity. A general discussion". Transactions of the Faraday Society. 9: 34. doi:10.1039/tf9130900034. ISSN 0014-7672.
  4. ^ a b c Cui, Xiaohong; Mao, Shizhen; Liu, Maili; Yuan, Hanzhen; Du, Youru (2008-10-07). "Mechanism of Surfactant Micelle Formation". Langmuir. 24 (19): 10771–10775. doi:10.1021/la801705y. ISSN 0743-7463. PMID 18729337.
  5. ^ a b c d e f g h i Glass, Beverley (2016-10-01). "Book review: Physicochemical Principles of Pharmacy: In Manufacture, Formulation and Clinical Use. 6th ed". Australian Prescriber. 39 (5): 178. doi:10.18773/austprescr.2016.065. ISSN 1839-3942.
  6. ^ a b "Wetting Agents". Chemistry LibreTexts. 2013-10-02. Retrieved 2022-04-02.
  7. ^ a b c d e f g h i j k l Ibrahim, Shaimaa S. (June 2019). "The Role of Surface Active Agents in Ophthalmic Drug Delivery: A Comprehensive Review". Journal of Pharmaceutical Sciences. 108 (6): 1923–1933. doi:10.1016/j.xphs.2019.01.016. ISSN 0022-3549. PMID 30684539. S2CID 59291264.
  8. ^ a b c d e f g h i j k l Rhein, Linda D. Rieger, Martin M. (29 September 2017). Surfactants in cosmetics. ISBN 978-1-351-41248-3. OCLC 1017979590.{{cite book}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  9. ^ a b c Sunkad, Gayatri (2020). "The importance of agriculture in present world". doi:10.13140/RG.2.2.14008.78080. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  10. ^ a b c d e Tomczak, Wirginia; Gryta, Marek (2021-12-17). "Membrane Distillation of Saline Water Contaminated with Oil and Surfactants". Membranes. 11 (12): 988. doi:10.3390/membranes11120988. ISSN 2077-0375. PMC 8708787. PMID 34940489.
  11. ^ Joshi, Tejas (2017). "A Short History and Preamble of Surfactants" (PDF). International Journal of Applied Chemistry. 13: 283–292.
  12. ^ Debye, P (August 1948). "Note on light scattering in soap solutions". Journal of Colloid Science. 3 (4): 407–409. doi:10.1016/0095-8522(48)90025-7. ISSN 0095-8522. PMID 18877004.
  13. ^ Debye, P. (May 1949). "Light Scattering in Soap Solutions". Annals of the New York Academy of Sciences. 51 (4): 575–592. Bibcode:1949NYASA..51..575D. doi:10.1111/j.1749-6632.1949.tb27293.x. ISSN 0077-8923. S2CID 37071742.
  14. ^ Hobbs, Marcus E. (May 1951). "The Effect of Salts on the Critical Concentration, Size, and Stability of Soap Micelles". The Journal of Physical Chemistry. 55 (5): 675–683. doi:10.1021/j150488a006. ISSN 0022-3654. PMID 14832757.
  15. ^ Ooshika, Yuzuru (June 1954). "A theory of critical micelle concentration of colloidal electrolyte solutions". Journal of Colloid Science. 9 (3): 254–262. doi:10.1016/0095-8522(54)90020-3. ISSN 0095-8522.
  16. ^ Reich, Irving (March 1956). "Factors Responsible for the Stability of Detergent Micelles". The Journal of Physical Chemistry. 60 (3): 257–262. doi:10.1021/j150537a001. ISSN 0022-3654.
  17. ^ Halsey, G. D. (January 1953). "On the Structure of Micelles". The Journal of Physical Chemistry. 57 (1): 87–89. doi:10.1021/j150502a018. ISSN 0022-3654.
  18. ^ Tanford, Charles (1978-06-02). "The Hydrophobic Effect and the Organization of Living Matter". Science. 200 (4345): 1012–1018. Bibcode:1978Sci...200.1012T. doi:10.1126/science.653353. ISSN 0036-8075. PMID 653353.
  19. ^ Tanford, Charles (May 1974). "Thermodynamics of Micelle Formation: Prediction of Micelle Size and Size Distribution". Proceedings of the National Academy of Sciences. 71 (5): 1811–1815. Bibcode:1974PNAS...71.1811T. doi:10.1073/pnas.71.5.1811. ISSN 0027-8424. PMC 388331. PMID 4525294.
  20. ^ Tanford, Charles (November 1974). "Theory of micelle formation in aqueous solutions". The Journal of Physical Chemistry. 78 (24): 2469–2479. doi:10.1021/j100617a012. ISSN 0022-3654.
  21. ^ "19.1: Micelle Formation". Chemistry LibreTexts. 2021-01-17. Retrieved 2022-04-02.
  22. ^ a b "Appendix I Zeolite Structures", Introduction to Zeolite Science and Practice, Studies in Surface Science and Catalysis, vol. 58, Elsevier, 1991, pp. 727–734, doi:10.1016/s0167-2991(08)63615-0, ISBN 9780444889690, retrieved 2022-04-02
  23. ^ a b Zakharova, Lucia Y.; Pashirova, Tatiana N.; Fernandes, Ana R.; Doktorovova, Slavomira; Martins-Gomes, Carlos; Silva, Amélia M.; Souto, Eliana B. (2018), "Self-assembled quaternary ammonium surfactants for pharmaceuticals and biotechnology", Organic Materials as Smart Nanocarriers for Drug Delivery, Elsevier, pp. 601–618, doi:10.1016/b978-0-12-813663-8.00014-2, ISBN 9780128136638, retrieved 2022-04-02
  24. ^ a b Khandoozi, Sabber; Sharifi, Amin; Riazi, Masoud (2022), "Enhanced oil recovery using surfactants", Chemical Methods, Elsevier, pp. 95–139, doi:10.1016/b978-0-12-821931-7.00007-9, ISBN 9780128219317, S2CID 244892080, retrieved 2022-04-02
  25. ^ Farkouh, Andre; Frigo, Peter; Czejka, Martin (2016-12-07). "Systemic side effects of eye drops: a pharmacokinetic perspective". Clinical Ophthalmology. 10: 2433–2441. doi:10.2147/OPTH.S118409. PMC 5153265. PMID 27994437.
  26. ^ Ecanow, Bernard; Wilson, Robert G. (November 1963). "Powdered Particle Interactions: Suspension Flocculation and Caking II". Journal of Pharmaceutical Sciences. 52 (11): 1031–1038. doi:10.1002/jps.2600521104. ISSN 0022-3549. PMID 14079627.
  27. ^ Feng, Ning; Zhang, Bo; Xin, Xia; Li, Hongguang; Zhao, Yonghong (November 2021). "Role of aliphatic alcohol polyoxyethylene ether phosphate in 25 wt% tebuconazole suspension concentrate: Dispersion and wetting". Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 628: 127350. doi:10.1016/j.colsurfa.2021.127350. ISSN 0927-7757.
  28. ^ Masterton, Sophia; Ahearne, Mark (December 2018). "Mechanobiology of the corneal epithelium". Experimental Eye Research. 177: 122–129. doi:10.1016/j.exer.2018.08.001. ISSN 0014-4835. PMC 6280025. PMID 30086260.
  29. ^ a b TYAGI, V.K. (2006). "Sulfosuccinates as Mild Surfactants". Journal of Oleo Science. 55 (9): 429–439. doi:10.5650/jos.55.429. ISSN 1345-8957.
  30. ^ a b Song, Enzhan; Schneider, Joseph G.; Anderson, Stephen H.; Goyne, Keith W.; Xiong, Xi (September 2014). "Wetting Agent Influence on Water Infiltration into Hydrophobic Sand: I. Rewettability". Agronomy Journal. 106 (5): 1873–1878. doi:10.2134/agronj14.0152. ISSN 0002-1962.
  31. ^ a b Chang, Baoxin; Wherley, Benjamin; Aitkenhead-Peterson, Jacqueline; Ojeda, Nadezda; Fontanier, Charles; Dwyer, Philip (July 2020). "Effect of Wetting Agent on Nutrient and Water Retention and Runoff from Simulated Urban Lawns". HortScience. 55 (7): 1005–1013. doi:10.21273/hortsci14982-20. ISSN 0018-5345. S2CID 219454261.
  32. ^ a b c d Rezaei, Mohammad; Warsinger, David M.; Lienhard V, John H.; Duke, Mikel C.; Matsuura, Takeshi; Samhaber, Wolfgang M. (August 2018). "Wetting phenomena in membrane distillation: Mechanisms, reversal, and prevention". Water Research. 139: 329–352. doi:10.1016/j.watres.2018.03.058. hdl:1721.1/115486. ISSN 0043-1354. PMID 29660622. S2CID 4902941.
  33. ^ Chamani, Hooman; Woloszyn, Joanne; Matsuura, Takeshi; Rana, Dipak; Lan, Christopher Q. (October 2021). "Pore wetting in membrane distillation: A comprehensive review". Progress in Materials Science. 122: 100843. doi:10.1016/j.pmatsci.2021.100843. ISSN 0079-6425.