Surfactants in paint
पेंट के चार प्रमुख घटक होते हैंः वर्णक, बांधने वाले, विलायक और योजक। पिगमेंट पेंट को इसका रंग, बनावट, कठोरता देने के साथ-साथ यह निर्धारित करने का काम करते हैं कि पेंट अपारदर्शी है या नहीं। आम सफेद रंगद्रव्यों में टाइटेनियम डाइऑक्साइड और जिंक ऑक्साइड शामिल हैं। बाइंडर एक पेंट का फिल्म बनाने वाला घटक है क्योंकि यह सूख जाता है और कोटिंग के स्थायित्व, चमक और लचीलेपन को प्रभावित करता है। पॉलीयुरेथेन, पॉलिएस्टर और ऐक्रेलिक सभी सामान्य बाइंडर के उदाहरण हैं। विलायक वह माध्यम है जिसमें पेंट के अन्य सभी घटक घुल जाते हैं और जब पेंट सूख जाता है और ठीक हो जाता है तो वाष्पित हो जाते हैं। विलायक अपने तरल अवस्था में पेंट की क्यूरिंग दर और चिपचिपाहट को भी संशोधित करता है। दो प्रकार के पेंट होते हैंः विलायक-जनित और जल-जनित पेंट। विलायक-जनित पेंट एक पेंट निर्माण में ठोस घटकों को ले जाने वाले प्राथमिक वाहन के रूप में कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग करते हैं, जबकि जल-जनित पेंट निरंतर माध्यम के रूप में पानी का उपयोग करते हैं। जिन योजकों को पेंट में शामिल किया जाता है, वे चीजों की एक विस्तृत श्रृंखला है जो पेंट और अंतिम परत के गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। आम पेंट योजक उत्प्रेरक, गाढ़ा करने वाले, स्टेबलाइज़र, पायसीकारी, टेक्सचराइज़र, बैक्टीरिया के विकास से लड़ने के लिए बायोसाइड्स आदि हैं। सर्फैक्टेंट शब्द सतह सक्रिय एजेंट के लिए छोटा है। सर्फैक्टेंट ऐसे यौगिक हैं जो एक तरल की सतह के तनाव, दो तरल पदार्थों के बीच अंतरफलक तनाव, या एक तरल और एक ठोस के बीच अंतरफलक तनाव को कम करते हैं। समाधानों में इस व्यवहार को गीला करने के रूप में जाना जाता है, और यह हवा/पानी के इंटरफेस में अवशोषित होने वाले सर्फैक्टेंट्स के परिणामस्वरूप होता है। घुलनशील सर्फैक्टेंट घोल में माइसेल्स और अन्य समग्र संरचनाओं को बनाने में भी सक्षम होते हैं, जिससे लेटेक्स पेंट में एक स्थिर प्रभाव पड़ता है। पेंट में सर्फैक्टेंट का उपयोग सूखे पेंट के कई अंतिम गुणों को बदलने के साथ-साथ पेंट को उनकी तरल स्थिति में पायसीकृत करने के लिए किया जाता है। पेंट पॉजिटिव इफेक्ट्स में सर्फैक्टेंट्स की भूमिका सर्फैक्टेंट्स पेंट में भौतिक गुणों की एक विस्तृत श्रृंखला को प्रभावित करते हैं। सर्फैक्टेंट न केवल गठित परत के जीवनकाल के दौरान एक पेंट के व्यवहार को प्रभावित करते हैं, बल्कि पेंट के प्रारंभिक एकत्रीकरण और फिल्म निर्माण को भी प्रभावित करते हैं। सर्फैक्टेंट का उपयोग पेंट और अन्य अनुप्रयोगों में पायस पॉलिमराइजेशन के दौरान पॉलिमर कणों के फैलाव को स्थिर करने के लिए भी किया जाता है। सर्फैक्टेंट्स के जुड़ने से पेंट की यांत्रिक स्थिरता, फ्रीज-पिघलने की स्थिरता और शेल्फ-लाइफ में सुधार होता है। पेंट के लिए सर्फैक्टेंट को जोड़ने से पेंट को सतह को अधिक आसानी से कोट करने की अनुमति मिलती है क्योंकि सर्फैक्टेंट एक घोल के गीलेपन को बढ़ाते हैं। नकारात्मक प्रभाव सर्फैक्टेंट को जोड़ने से हमेशा सभी गुणों पर सकारात्मक प्रभाव नहीं पड़ता है। कोटिंग के जल प्रतिरोध को सर्फैक्टेंट जोड़कर कम किया जा सकता है क्योंकि सर्फैक्टेंट बहुत पानी में घुलनशील हो सकते हैं और आसानी से कोटिंग से बाहर निकल जाएंगे। नमी प्रतिरोध की यह समस्या कला संरक्षण के लिए विशेष रूप से प्रचलित समस्या है, साथ ही एक्रिलिक कोट वाली कलाकृतियों में उपयोग किए जाने वाले समकालीन एक्रिलिक पायस में पॉलीथर सर्फैक्टेंट्स के कारण आसंजन, ऑप्टिकल स्पष्टता का नुकसान और गंदगी उठाने की समस्याएं हैं। जबकि सर्फैक्टेंट का प्रकार और मात्रा निर्धारित करती है कि कौन से गुण प्रभावित होंगे, एक पेंट में अन्य रसायन पेंट पर सर्फैक्टेंट के समग्र प्रभाव को बदल सकते हैं। टी. आई. ओ. 2 की मात्रा के आधार पर लेटेक्स पेंट में लोच या तो बढ़ती या घटती पाई गई है। इमल्सीफिकेशन लेटेक्स पेंट (इमल्शन पेंट ब्रिटिश अंग्रेजी, लेटेक्स रबर के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए) पानी में फैले बहुलक कणों का एक इमल्शन है। लेटेक्स पेंट में मैक्रो इमल्शन स्वाभाविक रूप से अस्थिर होते हैं और चरण अलग होते हैं, इसलिए सर्फैक्टेंट को कम इंटरफैशियल तनाव में जोड़ा जाता है और डिमल्सीफिकेशन को रोकने के लिए बहुलक कणों को स्थिर किया जाता है। जलीय माध्यम के साथ हाइड्रोजन बंधन के लिए उनकी आत्मीयता के कारण सोडियम डोडेसिल सल्फेट जैसे आयनिक सर्फैक्टेंट का उपयोग आमतौर पर पायस को स्थिर करने के लिए किया जाता है। गैर-आयनिक सर्फैक्टेंट का उपयोग शायद ही कभी अकेले किया जाता है क्योंकि आयनिक सर्फैक्टेंट की तुलना में स्थिर पायस बनाने में उनकी दक्षता कम होती है। इस वजह से, गैर-आयनिक सर्फैक्टेंट का उपयोग आमतौर पर आयनिक सर्फैक्टेंट के साथ किया जाता है और बहुलक और वर्णक कणों के बीच वैन डेर वाल्स बलों के स्टेरिक हस्तक्षेप के माध्यम से कोलॉइडल स्थिरीकरण की दूसरी विधि प्रदान की जाती है। लेटेक्स जिन्हें बड़ी पी. एच. श्रेणियों पर स्थिरता की आवश्यकता होती है, वे बड़े गैर-आयनिक से आयनिक सर्फैक्टेंट अनुपात का उपयोग करते हैं। कैशनिक सर्फैक्टेंट का उपयोग आमतौर पर उनकी उच्च लागत, अक्षम पायसीकरण क्षमता और आरंभकर्ता अपघटन पर अवांछनीय प्रभावों के कारण कम से कम किया जाता है। उच्च गति अनुप्रयोग, कम तापमान भंडारण, पंपिंग से कतरनी तनाव, और अन्य चरम भंडारण या अनुप्रयोग की स्थिति एक पेंट फैलाव को पर्याप्त रूप से स्थिर करने में एक सर्फैक्टेंट की विफलता का कारण बन सकती है। विघटन के लिए ऊष्मागतिकीय व्याख्या उच्च ऊर्जा सतह अंतःक्रियाओं के कुल क्षेत्र को कम करने के परिणामस्वरूप गिब्स मुक्त ऊर्जा में लाभ है। डिमल्सिफिकेशन से प्राप्त ऊर्जा इंटरफेस के कुल क्षेत्र और उस इंटरफेस के सतह तनाव पर निर्भर करती है। सर्फैक्टेंट सतह के तनाव (γ) को कम करते हैं और इस प्रकार गिब्ब्स ऊर्जा डिमल्सीफिकेशन से प्राप्त होती है। यह विलवणीकरण की प्रक्रिया को धीमा कर देता है और लेटेक्स पेंट को स्थिर कर देता है। लेटेक्स पेंट में बिखरे हुए बहुलक की बूंदों के आकार को निम्नलिखित समीकरण के साथ मॉडल किया जा सकता हैः पायस में एक बूंद की त्रिज्या सर्फैक्टेंट की लंबाई, एलएस, बिखरे हुए चरण के आयतन अंश, φd, और सर्फैक्टेंट के आयतन अंश, φs पर निर्भर करती है। सर्फैक्टेंट्स का वर्गीकरण पेंट में उपयोग किए जाने वाले सर्फैक्टेंट्स की तीन मुख्य श्रेणियां हैं-आयनिक, पॉलीमेरिक और इलेक्ट्रोस्टेरिक। हेड ग्रुप संरचना के अनुसार एक सर्फैक्टेंट का हेड ग्रुप वर्गीकरण हेड ग्रुप आयन प्रकार द्वारा निर्धारित किया जाता है। आयनिक सर्फैक्टेंट एक आवेशित हाइड्रोफिलिक हेड समूह से अपनी एम्फीफिलिसिटी प्राप्त करते हैं और छोटे, कम आणविक भार वाले अणु होते हैं। आयनिक सर्फैक्टेंट इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण द्वारा पेंट में निलंबित कणों को स्थिर कर देंगे और अपने छोटे आकार के कारण आसानी से सतह से अवशोषित और अवशोषित हो जाते हैं। आयनिक सिर समूह नकारात्मक रूप से आवेशित होते हैं, और आमतौर पर सफाई उत्पादों में उपयोग किए जाते हैं। आयनिक सर्फैक्टेंट शैम्पू, कपड़े धोने के डिटर्जेंट और साबुन जैसे उत्पादों में पाए जा सकते हैं क्योंकि वे कपड़े जैसे नरम माध्यमों से गंदगी को हटाने की क्षमता रखते हैं। आवेशित शीर्ष समूह की ध्रुवीयता के कारण आयनिक सर्फैक्टेंट आसानी से पानी में निलंबित हो जाते हैं। हालांकि, कठोर पानी अणु को निष्क्रिय कर सकता है। कुछ अधिक सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले आयनिक सिर समूहों में सल्फेट्स और एथोक्सिलेट्स हैं। कैशनिक हेड समूहों में एक सकारात्मक आवेश होता है और कैशनिक सर्फैक्टेंट का उपयोग कई अलग-अलग अनुप्रयोगों में किया जाता है। कैशनिक सर्फैक्टेंट्स के लिए एक आम उपयोग कपड़े के सॉफ्टनर में होता है। कैशनिक सिर समूहों को एनीनिक सर्फैक्टेंट्स के संयोजन में कपड़े धोने के डिटर्जेंट में भी जोड़ा जाता है क्योंकि वे एनीनिक सर्फैक्टेंट्स के गंदगी हटाने के गुणों में सुधार करने में मदद करते हैं। कैशनिक प्रमुख समूह घरेलू सफाई करने वालों के कीटाणुनाशक गुणों को भी बढ़ाते हैं। कुछ सामान्य कैशनिक सर्फैक्टेंट सिर समूहों में एमाइन और चतुर्थक अमोनियम आयन शामिल हैं। कई प्रकार के सर्फैक्टेंटों में, कैशनिक सर्फैक्टेंट तटस्थ और अम्लीय मीडिया में अपनी सुरक्षात्मक प्रभावशीलता के कारण बहुत उपयोगी जंग अवरोधक हैं। गैर-आयनिक सिर समूहों में कोई शुल्क नहीं होता है और वे तेल हटाने वाले के रूप में बहुत अच्छी तरह से काम करते हैं। गैर-आयनिक सर्फैक्टेंट का उपयोग आमतौर पर डिटर्जेंट, साबुन और घरेलू क्लीनर में किया जाता है। कठोर जल के घोल में, गैर-आयनिक सर्फैक्टेंट का उपयोग कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के कारण आयनिक सर्फैक्टेंट के निष्क्रियकरण को सीमित करने में मदद करने के लिए किया जाता है। कुछ सामान्य गैर-आयनिक सर्फैक्टेंट सिर समूहों में फैटी एसिड और ग्लाइकोल्स शामिल हैं। पूंछ संरचना के अनुसार हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाएँ लंबी श्रृंखलाएँ होती हैं जिनमें कार्बन रीढ़ हाइड्रोजन प्रतिस्थापन होते हैं, जो उन्हें बहुत हाइड्रोफोबिक बनाते हैं। हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाएँ अकेले मोम और तेल बनाती हैं और इन विशेषताओं को तब बनाए रखती हैं जब उन्हें सर्फैक्टेंट में शामिल किया जाता है। हाइड्रोकार्बन श्रृंखला वाले सर्फैक्टेंट का एक अच्छा उदाहरण लिपिड हैं, जो कोशिका झिल्ली बनाते हैं। एल्किल ईथर श्रृंखलाएँ हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाओं के समान होती हैं, सिवाय रीढ़ की हड्डी के भीतर ऑक्सीजन के साथ-साथ कार्बन के। आमतौर पर सर्फैक्टेंट में दो एल्किल श्रृंखलाओं का उपयोग किया जाता हैः पॉलीइथिलीन ऑक्साइड और पॉलीप्रोपाइलीन ऑक्साइड। पॉलीइथिलीन ऑक्साइड श्रृंखलाओं में एक ऑक्सीजन और दो कार्बन (-O-CH2-CH2-) n दोहराने वाली इकाई होती है और हाइड्रोकार्बन की तुलना में इसमें हाइड्रोफिलिक चरित्र में वृद्धि होती है। पॉलीप्रोपाइलीन ऑक्साइड की रीढ़ की संरचना पॉलीइथिलीन ऑक्साइड के समान होती है, लेकिन कार्बन में से एक के मिथाइल समूह प्रतिस्थापन के साथ, और इस संरचना में हाइड्रोकार्बन और पॉलीइथिलीन ऑक्साइड के बीच हाइड्रोफोबिसिटी होती है। फ्लोरोकार्बन श्रृंखला पूंछ में एक कार्बन रीढ़ होती है जिसमें हाइड्रोजेन के बजाय फ्लोरिन प्रतिस्थापन होते हैं। फ्लोरोकार्बन कम पी. एच. जैसी कठोर स्थितियों में भी अपनी लिपोफोबिक प्रकृति के कारण पानी और अन्य विलायकों के सतह तनाव को कम करने में मदद करते हैं। जब फ्लोरोकार्बन को सर्फैक्टेंट में शामिल किया जाता है तो उनका उपयोग दाग विकर्षक के रूप में किया जाता है और सतह के दोषों को कम करने के लिए कोटिंग में शामिल किया जाता है। सिलोक्सेन श्रृंखला में एक रीढ़ की हड्डी होती है जिसमें बारी-बारी से ऑक्सीजन और सिलिकॉन परमाणु होते हैं। सिलोक्सेन पूंछ वाले सर्फैक्टेंट हाइड्रोलिसिस का विरोध करने और टूटने वाली बहुलक श्रृंखलाओं को रोकने के लिए पाए गए हैं जो पेंट में दरार पैदा कर सकते हैं और इस प्रकार सौंदर्य प्रसाधन, दुर्गन्धनाशक, डीफोमर और साबुन जैसे उत्पादों में उपयोग किए जाते हैं। सर्फैक्टेंट के उपयोग के साथ समस्याएं पर्यावरणीय मुद्दे सर्फैक्टेंट पेंट में विषाक्त कार्बनिक यौगिकों को अस्थिर कर सकते हैं जो पर्यावरण में प्रवेश कर सकते हैं और नकारात्मक प्रभाव डाल सकते हैं। जल-घुलनशील सर्फैक्टेंट सूखे रंगों को धो सकते हैं और पर्यावरण में प्रवेश कर सकते हैं। इनमें से कुछ सर्फैक्टेंट जानवरों और पर्यावरण के लिए सीधे विषाक्त होते हैं और साथ ही पर्यावरण में प्रवेश करने के लिए मौजूद अन्य विषाक्त संदूषकों की क्षमता को बढ़ाते हैं। लागत सर्फैक्टेंट की लागत आंशिक रूप से कच्चे तेल के बाजार पर निर्भर है। सर्फैक्टेंट्स के उत्पादन के लिए एक स्टॉक घटक के रूप में, सर्फैक्टेंट्स पर अत्यधिक निर्भर पेंट इस बाजार से प्रभावित होंगे। बड़े, संश्लेषित करने के लिए अधिक कठिन संरचना वाले अधिक जटिल सर्फैक्टेंट का उत्पादन अधिक महंगा होता है और उनके अनुप्रयोगों के अंतिम बाजार मूल्य पर अधिक प्रभाव पड़ता है। नतीजतन, सरल, उत्पादन में आसान और अधिक पर्यावरण के अनुकूल सर्फैक्टेंट का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह भी देखें सर्फैक्टेंट लीचिंग संदर्भ सर्फैक्टेंट