از مشخصات اصلی سورفکتانت‌ها می توان به کشش سطحی، جذب، کف کنندگی، مرطوب کنندگی، دیسپرس کنندگی، غلظت بحرانی مایسل (CMC) و تعادل آب‌دوست-چربی‌دوست (HLB) و حلالیت است اشاره کرد که نقش کلیدی در عملکرد آن‌ها دارند. در ادامه به بررسی این موارد می پردازیم.

الف) کشش سطحی :

کشش سطحی یکی از ویژگی‌های مایعات است که باعث می‌شود سطح آن‌ها مانند یک لایه کشسان عمل کند. این پدیده به دلیل نیروهای بین‌مولکولی، به‌ویژه نیروهای واندروالسی و پیوندهای هیدروژنی بین مولکول‌های مایع رخ می‌دهد. زمانی که مولکول‌های مواد فعال سطحی در آب حل می‌شوند، به دلیل داشتن بخش آب‌گریز در ساختار خود، تمایلی به ماندن در داخل آب ندارند. بنابراین، این مولکول‌ها به سمت سطح آب حرکت می‌کنند تا بخش آب‌گریز خود را در معرض هوا قرار دهند. در صورتی که دو فاز آب و روغن در کنار هم باشند، مواد فعال سطحی به سطح مشترک این دو فاز مهاجرت می‌کنند. این رفتار موجب کاهش کشش سطحی یا بین‌سطحی در مرزهای آب-هوا یا آب-روغن می‌شود.

واحد اندازه‌گیری کشش سطحی، نیرو بر واحد طول یا انرژی بر واحد سطح است که هر دو با یکدیگر معادل‌ هستند و جهت اندازه گیری کشش سطحی از دستگاه تنسیومتری استفاده می‌شود. دستگاه تنسیومتر یکی از ابزارهای کلیدی در علم سطح و شیمی فیزیک است که برای اندازه‌گیری کشش سطحی  (Surface Tension) و کشش بین‌سطحی (Interfacial Tension)  مایعات مورد استفاده قرار می‌گیرد. دستگاه تنسیومتر معمولاً بر اساس دو روش حلقه دونوی (Du Noüy Ring Method) و یا روش صفحه ویلهمی (Wilhelmy Plate Method) کشش سطحی را اندازه گیری میکند.

ب) جذب:

بسیاری از ترکیبات شیمیایی، کف و سطوح مرطوب ایجاد می نمایند ولی جز ترکیبات شوینده دسته بندی نمی شوند، مانند متیل الکل در محلول آبی. خصلت اصلی یک شوینده این است که تجمع آن در سطح مایع بیشتر ازدرون مایع است، این پدیده جذب نام دارد و در سطوح ما بین مایع – جامد، مایع-مایع و هوا -مایع ایجاد می شود. جذب سورفکتانت در سطح بین مایع و هوا تغییرات فیزیکی در مایع ایجاد می کند که هرچقدر این مولکول ها افزایش یابد میزان این تغییرات نیز زیادتر خواهد بود. از آن جایی که جذب به معنای مقدار مایع در سطح مایع نسبت به مقدار آن در خود مایع است به نظر می رسد اندازه گیری آن به راحتی صورت می گیرد. متاسفانه در حالت مایع-مایع و مایع-هوا این اندازه گیری بسیار مشکل بوده و باید به صورت غیرمستقیم مشخص گردد. از اثر کشش سطحی برای مطالعه و اندازه گیری جذب استفاده می شود. 

ملکول های جذب شده ثابت نیستند بلکه با مولکول های مجاور خود در یک تعادل پویا قرار دارند همچنین آن ها نیازمند زمان مشخصی جهت جذب شدن بوده که این امر بستگی به شکل و اندازه مولکول شوینده و مکانیسم جذب دارد.

ج) کف کنندگی:

بیشتر شوینده‌ها به افزایش میزان کف در محلول‌ها منجر می‌شوند که این ویژگی بسته به نوع کاربرد می‌تواند مطلوب یا نامطلوب باشد. برخی کاربردها نیازمند کف زیاد هستند، در حالی که در موارد دیگر، کف کم یا حتی نبود آن ترجیح داده می‌شود. به همین دلیل، مصرف‌کنندگان به‌دنبال کنترل میزان کف و آگاهی از عواملی هستند که بر تشکیل یا کاهش آن تأثیر می‌گذارند. برای مثال، دانستن اینکه در چه شرایطی کف افزایش می‌یابد یا فرو می‌نشیند، اهمیت دارد. به طور کلی، در یک فاز مایع خالص کف ایجاد نمی‌شود. برای ایجاد کف در محلول‌های آبی، حضور شوینده‌هایی که توانایی بالایی در جذب در سطح تماس با هوا دارند، ضروری است.

کف‌ها از مجموعه‌ای از حباب‌های گاز تشکیل می‌شوند که دیواره‌هایی از فیلم‌های نازک مایع آن‌ها را احاطه کرده و ساختارهایی سه‌بعدی به وجود می‌آورند. در محل تلاقی این حباب‌ها، اتصالاتی وجود دارد که مایع از دیواره‌ها تحت تأثیر نیروی گرانش به سمت این نقاط جریان پیدا می‌کند. در بسیاری از این فیلم‌های نازک، فشار موجود در دیواره‌ها بیشتر از فشار در ناحیه اتصالات ضخیم‌تر است و این اختلاف فشار، جریان مایع را از دیواره‌های نازک به سمت نقاط اتصال هدایت می‌کند.

اگر این جریان به‌صورت مداوم ادامه یابد، دیواره‌های نازک دچار کشش، جمع‌شدگی و چروک می‌شوند و در نهایت باعث فروپاشی کف خواهند شد. با این حال، اگر بتوان از این جریان جلوگیری کرد، کف به حالت پایدار باقی می‌ماند؛ مگر آنکه عاملی فیزیکی، مکانیکی یا فیزیکوشیمیایی مانند یک ماده ضدکف، موجب گسیختگی در ساختار کف شود.

برخی از قوانین کلی در مورد ارتباط بین خصلت کف کنندگی و ساختار شیمیایی سورفکتانت وجود دارد که عبارت اند از:

1- هیچ گونه ارتباط مستقیمی بین قدرت کف کنندگی و توانایی پایدار کنندگی کف وجود ندارد.

2- حجم کف ایجاد شده با افزایش غلظت سورفکتانت تا رسیدن به نقطه CMC افزایش می یابد. پس از آن میزان کف نسبتاً ثابت است. هیچ قانون مشابهی با توجه به پایداری کف در این زمینه وجود ندارد.

3- سورفکتانت های یونی دارای کف زیادتر و پایدارتری نسبت به انواع غیریونی هستند.

4- زنجیره های هیدور کربنی بدون شاخه خصلت کف کنندگی زیادتری را نسبت به انواع شاخه دار با همان طول زنجیره نشان می دهند (در قسمت آبگریز مولکول سورفکتانت).

5- اثر دما بر روی قابلیت کف کنندگی همانند اثر دما بر روی حلالیت مولکول سورفکتانت است. بنابراین سورفکتانت های آنیونی با افزایش دما بیشتر کف می کنند، در حالی که میزان کف کنندگی انواع غیر یونی کاهش می یابد.

6-افزودنی های آلی قطبی (سورفکتانت های دیگر) که CMC سورفکتانت مورد نظر را کاهش می دهند می توانند باعث افزایش پایداری کف شوند. مؤثرترین حالت استفاده از ترکیباتی است که از نظر طول زنجیر مشابه با آن سورفکتانت باشند.

چ) مرطوب کنندگی (wetting):

زمانی که قطره‌ای آب روی یک سطح قرار می‌گیرد، دو حالت ممکن است اتفاق بیفتد: یا قطره بر سطح پخش می‌شود و آن را «مرطوب» می‌کند، یا به‌صورت پایدار به شکل یک قطره باقی می‌ماند که در این صورت سطح مورد نظر مرطوب نمی‌شود. افزودن ترکیب سورفکتانت به آب می‌تواند با کاهش کشش سطحی، یک محلول غیرمرطوب‌کننده را به محلولی مرطوب‌کننده تبدیل کند.

ارتباط میان ساختار شیمیایی سورفکتانت‌ها و توانایی آن‌ها در مرطوب‌سازی، که معمولاً از طریق آزمون‌هایی مانند Draves اندازه‌گیری می‌شود، به این صورت قابل بیان است:
1. هرچه زنجیره هیدروکربنی سورفکتانت کوتاه‌تر باشد، قدرت مرطوب‌کنندگی آن بیشتر است.
2. زنجیره‌هایی با حدود ۱۲ اتم کربن معمولاً عملکرد ایده‌آلی در مرطوب‌سازی از خود نشان می‌دهند.
3. اضافه‌کردن گروه‌های قطبی به ساختار مولکول اغلب منجر به کاهش توان مرطوب‌کنندگی سورفکتانت می‌شود.
4. در شوینده‌های غیرقطبی اتوکسیله‌شده، افزایش تعداد واحدهای EO ابتدا باعث کاهش توان مرطوب‌کنندگی می‌شود، اما با عبور از یک نقطه حداقلی، دوباره این توان افزایش می‌یابد؛ نقطه بحرانی زمانی است که دمای ابری شدن دقیقاً بالاتر از دمای آزمون باشد.

ح) دیسپرس کنندگی:

سوسپانسیون‌کردن ذرات جامد در یک مایع، به‌ویژه در آب، یکی از فرآیندهای تکنیکی کلیدی در بسیاری از صنایع است. سورفکتانت‌ها در این میان نقش مهمی ایفا می‌کنند؛ آن‌ها کمک می‌کنند تا ذرات مشخصی به‌صورت یکنواخت در مایع پخش شده و تا مدت زمان قابل توجهی پایدار باقی بمانند. روش معمول تهیه سوسپانسیون به این صورت است که ابتدا ماده جامد را در مقدار کمی مایع قرار داده، به‌خوبی خرد می‌کنند تا به اندازه ذرات مطلوب برسد، سپس این ترکیب را در حجم بیشتری از مایع پخش می‌کنند. در این فرآیند، سورفکتانت‌ها همچنین وظیفه مرطوب‌کردن سطح ذرات جامد را برعهده دارند.

در هنگام دیسپرس‌کردن، سطوح تماس جدیدی بین فاز جامد و مایع ایجاد می‌شود. سورفکتانت‌ها با کاهش انرژی سطحی این نواحی جدید، فرآیند تشکیل این تماس‌ها را تسهیل می‌کنند. با این حال، سورفکتانت‌هایی که برای پایدارسازی سوسپانسیون‌ها به کار می‌روند، با آن‌هایی که عملکرد خوبی به‌عنوان مرطوب‌کننده دارند، از نظر ساختار و عملکرد تفاوت زیادی دارند. سورفکتانت‌های مناسب برای ایجاد سوسپانسیون پایدار معمولاً دارای ساختار مولکولی بزرگ‌تری هستند.

مکانیسم اصلی عملکرد این نوع سورفکتانت‌ها، جذب آن‌ها روی سطح ذرات جامد است. پس از جذب، این مواد از تجمع مجدد ذرات و ته‌نشینی جلوگیری می‌کنند. انتخاب سورفکتانت مناسب برای ایجاد دیسپرس شدن مؤثر، کاملاً به ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی ماده جامد بستگی دارد.

خ) حلالیت:

حلالیت سورفکتانت‌ها یکی از عوامل کلیدی در عملکرد آن‌ها در سیستم‌های مختلف است. این ویژگی تحت تأثیر عوامل متعددی مانند ساختار مولکولی، نوع گروه‌های قطبی و غیرقطبی، دما و حضور الکترولیت‌ها قرار دارد. به طور کلی، سورفکتانت‌های یونی معمولاً در آب حلالیت بالایی دارند، در حالی که سورفکتانت‌های غیر یونی بسته به دما و ساختارشان رفتار حلالیتی متفاوتی از خود نشان می‌دهند. دو پارامتر مهم که بر حلالیت سورفکتانت‌ها تأثیر می‌گذارند، نقطه ابری (Cloud Point) و نقطه کرفت (Kraft Point) هستند:

نقطه ابری دمایی است که در آن یک سورفکتانت غیر یونی در آب نامحلول شده و محلول کدر می‌شود. این نقطه نشان‌دهنده حلالیت سورفکتانت در دماهای مختلف و پایداری سیستم‌های کلوئیدی است.

نقطه کرافت به حداقل دمایی گفته می‌شود که در آن سورفکتانت‌های یونی در آب حل شده و محلول شفاف تشکیل می‌دهند. در دماهای پایین‌تر از نقطه کرافت، انحلال‌پذیری سورفکتانت به شدت کاهش می‌یابد.

از این پارامتر ها برای تنظیم پایداری فرمولاسیون‌ها، به ویژه در محصولات شوینده و امولسیون‌های حساس به دما، استفاده می‌شود.

و) غلظت بحرانی تشکیل میسل (CMC):

افزودن مولکول‌های سورفکتانت به آب منجر به حرکت این ترکیبات به سمت مرز مشترک آب و هوا می‌شود. در این فرآیند، بخش آب‌گریز سورفکتانت در مجاورت هوا و بخش آب‌دوست آن در داخل آب قرار می‌گیرد. با افزایش غلظت سورفکتانت، این روند ادامه یافته تا زمانی که سطح آب از مولکول‌های فعال سطحی اشباع شود.

جذب سورفکتانت‌ها در سطح مشترک آب و هوا موجب کاهش انسجام لایه الاستیک سطح آب شده و در نتیجه، کشش سطحی کاهش می‌یابد. این فرایند تا پوشش کامل سطح آب با مولکول‌های سورفکتانت ادامه می‌یابد. پس از رسیدن به مرحله اشباع، افزایش غلظت ماده فعال سطحی باعث تجمع مونومرهای ناپایدار در آب می‌شود. در این شرایط، مولکول‌ها به یکدیگر نزدیک شده و به گونه‌ای آرایش می‌یابند که سطح تماس بخش‌های آب‌گریز آن‌ها با آب به حداقل برسد. این ساختار، که به صورت تجمعی از مولکول‌ها شکل می‌گیرد، میسل (Micelle) نام دارد.

نقطه‌ای از غلظت که در آن مونومرهای سورفکتانت به صورت میسل سازمان‌دهی می‌شوند، به‌عنوان «غلظت بحرانی تشکیل میسل» یا CMC  شناخته می‌شود. این پارامتر یکی از مهم‌ترین معیارها در انتخاب سورفکتانت‌های مورد استفاده در تولید محصولات شوینده خانگی، بهداشتی و صنعتی است. جالب توجه است که مقدار CMC برای هر نوع ساختار مولکولی منحصر به فرد بوده و همانند اثر انگشت، ویژگی مشخصه هر سورفکتانت محسوب می‌شود. برای اندازه گیری نقطه CMC نیز از دستگاه تنسیومتری استفاده میشود اساس و بنیان هر دو روش حلقه دوئه‌نوئی و صفحه ویلهمی یکسان و متکی بر نیروی لازم برای بیرون کشیدن یک حلقه و یا یک صفحه از جنس پلاتین از مایع حاوی ماده سورفکتانت می باشد. برای آب خالص این نیرو در حداکثر مقدار خود و بالاترین مقدار کشش سطحی می باشد. با افزودن مقادیر مختلف از سورفکتانت به مایع تدریجاً و به دلیل کاهش کشش سطحی، این نیرو کاهش می یابد تا سرانجام به یک حد ثابت رسیده و از آن پس با افزودن ماده سورفکتانت کاهش در نیروی لازم برای بیرون کشیدن حلقه و با صفحه پلاتین دیده نمی شود و کشش سطحی همچنان ثابت می ماند پس از رسم نتایج بر روی کاغذ میلیمتری از نقطه تغییر شیب منحنی کاهش کشش سطحی که توسط دستگاه اندازه گیری شده بر حسب لگاریتم غلظت ماده سورفکتانت، نقطه CMC به دست می آید.

د) تعادل آبدوست – چربی دوست (HLB):

شاخص تعادل آب‌دوستی-چربی‌دوستی (HLB) یک معیار عددی برای تعیین میزان تمایل یک ماده فعال سطحی (سورفکتانت) به آب یا روغن است. این شاخص که در بازه 0  تا 20 قرار دارد، نشان می‌دهد که یک ترکیب تا چه میزان در آب یا روغن حل می‌شود. مقادیر پایین‌تر نشان‌دهنده خاصیت چربی‌دوستی (لیپوفیلیک) و مقادیر بالاتر نشان‌دهنده خاصیت آب‌دوستی (هیدروفیلیک) هستند.

HLB نقش مهمی در فرمولاسیون امولسیون‌ها دارد. در امولسیون‌های آب در روغن (W/O)، از سورفکتانت‌هایی با مقدار HLB پایین استفاده می‌شود، زیرا خاصیت چربی‌دوستی بیشتری دارند و به پایداری بهتر این نوع امولسیون کمک می‌کنند. در مقابل، امولسیون‌های روغن در آب (O/W) به سورفکتانت‌هایی با   HLB  بالاتر نیاز دارند تا در محیط آبی به خوبی حل شده و ترکیب یکنواخت‌تری ایجاد کنند.