สารลดแรงตึงผิว คือสารที่มีคุณสมบัติในการรวมโมเลกุลให้มีน้ำหนักมากขึ้น เพื่อลดแรงเกาะหรือแรงตึงผิว (surface tension) ระหว่างกันของสสารนั้นๆ มีการนำไปใช้ประโยชน์ในกลุ่มอุตสาหกรรมต่างๆ เช่นผลิตภัณฑ์น้ำทำความสะอาดและฆ่าเชื้อ สารลดแรงตึงผิวจัดเป็นสารพวก amphiphilic molecules ซึ่งในโมเลกุลประกอบด้วย 2 ส่วน ได้แก่

ภาพที่ 1 โครงสร้างของสารลดแรงตึงผิว

1. ส่วนหัว เป็นส่วนที่มีขั้ว มีคุณสมบัติชอบน้ำ (hydrophilic head group)
2. ส่วนหาง เป็นส่วนของโซ่ long hydrocarbon ไม่มีขั้วและมีคุณสมบัติชอบไขมัน (hydrophobic tail) สามารถละลายได้ดีสำหรับสารประเภทไฮโดรคาร์บอนและสารไม่มีขั้ว (non-polar)

สารลดแรงตึงผิวจะไปลดแรงตึงผิวของของเหลวเพื่อให้เกิดกระบวนการต่างๆ ง่ายขึ้น เช่น การเกิดฟอง การทำให้พื้นผิวเปียก และช่วยในกระบวนการทำความสะอาด และเพิ่มประสิทธิภาพของน้ำยาฆ่าเชื้อ เป็นต้น

ภาพที่ 2 โครงสร้างของ NPE กักเก็บคราบไขมันและสิ่งสกปรกไว้ภายใน เกิดการรวมตัวเป็นไมเซลล์

ประเภทของสารลดแรงตึงผิว 

สารลดแรงตึงผิว แบ่งออกเป็น 4 ประเภท ตามคุณสมบัติประจุไฟฟ้า

1. Anionic surfactant
2. Cationic surfactant
3. Nonionic surfactant
4. Amphoteric surfactant (Zwitterionics)

ประเภท คุณสมบัติ	Anionic surfactant	Cationic surfactant	Nonionic surfactant	Amphoteric surfactant
ให้ประจุ	ลบ	บวก	ไม่มีประจุ	ทั้งประจุบวกและลบ
กลุ่มสารเคมี	carboxylate, Alkylbenzene sulfate, Linear Alkylbenzene sulfonate,(LAS)	Quaternary Ammonium Compound (QACs)	Polyether, Polyhydroxyl	Betaine เช่น Mirataine BET C30, Dehyton K และ Amphoacetate เช่น Miranol LC 32
อุตสาหกรรมที่ใช้	ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดทั่วไป โดยใช้มากถึง 49 % ของ สารลดแรงตึงผิวทั้งหมด	ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดและฆ่าเชื้อ ** มีคุณสมบัติฆ่าเชื้อ	ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดและฆ่าเชื้อ **เกิดฟองน้อย	ผลิตภัณฑ์ชำระล้าง ของเด็ก, สบู่, แชมพู, ครีมอาบน้ำ
pHที่เหมาะสม		หาก pH เป็นเบส (pH10-11) ส่งผลให้ ammonium salt สูญเสียประจุบวก เกิดการตกตะกอน ทำให้ประสิทธิภาพลดลง,		การแสดงคุณสมบัติขึ้นอยู่กับสภาพ pH ของสภาพแวดล้อม ถ้าสภาพแวดล้อมเป็นเบส (pH>7) จะให้ประจุลบ, ถ้าสภาพแวดล้อมเป็นด่าง (pH<7) จะให้ประจุบวก, ถ้าสภาพแวดล้อมเป็นกลาง (pH = 7) จะไม่ให้ประจุ
ประสิทธิภาพเมื่ออยู่ในน้ำกระด้าง1	ไม่ละลาย	ละลายน้อยกว่า Nonionic	ละลายดีที่สุด	n.a
การเกิดฟอง	ดีที่สุด	น้อยที่สุด	ดี	ค่อนข้างดี
ความระคายเคือง ต่อตาและผิวหนัง	มาก	มากที่สุด	น้อย	น้อยที่สุด

¹ค่าความกระด้างของน้ำ: คำนวณเป็นระดับของแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO₃) น้ำกระด้างมีค่าตั้งแต่ ระดับ 150 ขึ้นไป ที่มา: Tiger Chemical Company (2004), อ้างโดย วิสาขา (2548), ภาควิชาเภสัชเคมี คณะเภสัชศาสตร์ ม.ศิลปากร (2555),

I . Anionic Surfactant ( แอนไอออนนิค  เซอร์แฟกแท้นท์)

สาร นี้เมื่อละลายน้ำแล้วจะแตกตัวและส่วนหัวจะมีประจุเป็นลบสารจำพวกนี้ถูกนำมา ใช้ในการทำผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดต่างๆเช่น น้ำยาล้างจาน  ผงซักฟอก  ตลอดจนผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง เช่น แชมพู ครีมอาบน้ำและอื่นๆทั้งนี้เพราะมีคุณสมบัติ ในการทำความสะอาดดีมีฟองมาก  และละลายน้ำได้ดี

ขั้นตอนในการทำความสะอาด คือ

ส่วน หางที่เข้ากับน้ำมันได้ดี จะช่วยกันจับคราบน้ำมันหรือสิ่งสกปรกซึ่งเกาะติดกับพื้นผิหรือเส้นผมไว้ ในขณะที่ส่วนหัวจะรวมตัวกับน้ำและดึงสิ่งสกปรกให้หลุดออกน้ำและแขวนลอยอยู่ ในน้ำและไม่กลับเข้า ไปติดพื้นผิวนั้นๆอีก สารที่สำคัญและใช้แพร่หลายในกลุ่มนี้

สบู่

เกิดจากปฏิกิริยาของ ด่างและน้ำมันต่างๆ  มีคุณสมบัติในการกำจัดไข และไขมันได้ดี นิยมใช้ทำความสะอาดผิวหนังโดยอาจทำเป็นสบู่ก้อนหรือสบู่เหลวไม่นิยมใช้ทำแชมพเูพราะละลายน้ำยาก  ไม่ทนต่อน้ำกระด้าง มี pH สูง ทำให้ไม่สามารถเข้ากับสารเคมีตัวอื่นๆในสูตร

Sodium / Ammonium Lauryl Ether Sulphate

เกิด จากการนำน้ำมันมะพร้าว หรือ น้ำมันปาลม์ ( Palm Kernel Oil ) หรือแอลกอฮอล์ (จากการกลั่นน้ำมันปิโตเลี่ยม) มาแยกส่วนแล้วผ่านขบวนการ Ethoxylation และ  Sulfatiom   แล้วจึงทำให้เป็นกลางด้วยด่าง เช่น โซดาไฟ หรือ แอมโมเนียม  ตัวอย่างสารในกลุ่มนี้คือ Texpon N 70 ( SLES -2EO )     สารกลุ่มนี้นิยมนำไปใช้เป็นสารทำความสะอาดในแชมพู  ครีมอาบน้ำ  เนื่องจากละลายน้ำได้ดี  ทนต่อน้ำกระด้างได้ดี และไม่ค่อยระคายเคืองต่อผิวหนัง

Sodium /Ammomiun  Lauryl Sulphate

ขบวน การผลิตคล้ายคลึง กับ Sodium / Ammonium Lauryl Ether Sulphate โดยไม่ผ่านขบวนการ  Ethoxylation  ตัวอย่างสารในกลุ่มนี้ คือ Texapon ALS (ALS) หรือ AD-25 หรือ CO-103 L (SLS)   ซึ่งเป็นของเหลว  นอกจากนี้ ยังมีผู้ผลิต  SLS ที่มีความเข้มข้นสูงออกจำหน่ายโดยมีลักษณะเป็นผง หรือ เป็นเส้น ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่าผงฟอง หรือ ฟองเส้น สารกลุ่มนี้นิยมนำไปใช้เป็นสารทำความสะอาดในแชมพู  ครีมอาบน้ำหรือผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด  เนื่องจากมีฤทธิ์ในการทำความสะอาด และ ฟองมากกว่า Sodium /Ammonium Lauryl Ether Sulphate เมื่อช้ในปริมาณเท่ากัน  ข้อเสียคือ ละลายน้ำได้น้อยกว่า ทนต่อน้ำกระด้างได้น้อยกว่าและระคายเคืองต่อผิวหนังมากกว่า

Linear Alkyl Benzene  Sulphonate ( LAS)

เกิด จากการนำ Benzene ทำปฏิกิริยากับ n-parafin ซึ่งได้จากขบวนการกลั่นน้ำมันปิโตเลียม แล้วผ่านการ  Sulfonation  ตัวอย่างในสารกลุ่มนี้ คือ  LAS มีความเข้มข้นสูง ประมาณ 96-98% และเป็นกรด  ซึ่งจะต้องทำให้เป็นกลาง โดยผสมกับด่างก่อนจึงจะใช้ได้  ซึ่งอาจจะยุ่งยาก สำหรับผู้ที่ไม่มีประสบการณ์  ดังนั้นผู้ผลิตหลายรายจึงได้ผลิตแบบที่ผสมเสร็จเรียบร้อยแล้ว และสามารถนำไปผสมในสูตรได้เลย สารกลุ่มนี้นิยมนำไปใช้เป็นสารทำความสะอาดหลัก ในผงซักฟอก น้ำยาล้างจาน เพราะมีประสิทธิภาพ ในการทำความสะอาดสูงกว่ากลุ่มอื่นๆที่กล่าวมา อีกทั้งราคาถูก  ข้อเสียคือไม่ทนต่อน้ำกระด้าง ระคายเคืองต่อผิวหนังมากถ้าใช้เดี่ยวๆ และปรับให้ ข้นยากกว่า SLES และ  SLS

Alpha Olefin Sulfonate (AOS)

เป็น สารที่เกิดจาก การนำสารที่ได้จาก การกลั่นน้ำมันปิโตเลี่ยม มาทำปฏิกิริยา Sulfonation  เช่นเดียวกับ ขบวนการผลิต LAS AOS นี้มีประสิทธิภาพในการทำความสะอาดเทียบเท่า LAS  แต่ทนน้ำกระด้างได้ดีกว่ามาก และอ่อนละมุนต่อผิวมากกว่า   นิยมใช้แพร่หลายในอเมริกาและญี่ปุ่น เนื่องจากไม่มีผู้นิยมใช้ในเมืองไทย จึงไม่มีผู้ผลิตในเมืองไทย ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ทำให้ต้น ทุนสูงมากเมื่อเทียบกับ LAS

เมื่อ ไม่นานมานี้มีข่าวลือทางอินเตอร์เน็ทว่า การใช้สารจำพวก SLES , SLS จะมีอันตราย ทำให้เกิดมะเร็งหรืออันตรายอื่นๆนั้น ทางสมาคมผู้ผลิตเครื่องสำอาง ( CTFA ) ได้ออกมาชี้แจงว่า ข่าวดังกล่าวไม่มีมูลความจริงแต่อย่างไร  SLES และ SLS  สามารถใช้ ในการผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางได้ ทั้งนี้ปริมาณที่ใช้ต้องไม่สูงจนเกินไป จนเกิดการระคายเคือง ต่อผิวหนังได้

II   Cationic Surfactant ( แคทไอออนนิค  เซอร์แฟกแท้นท์)

สาร ในกลุ่มนี้เมื่อละลายน้ำแล้วส่วนหัวจะมีประจุบวก   นิยมใช้กันมากในอุตสาหกรรมสิ่งทอ โดยใช้เคลือบผ้า เพื่อให้ความลื่น และป้องกันไฟฟ้าสถิต สารจำพวกนี้ไม่มีความสามารถในการทำความสะอาด และไม่มีฟอง แต่สามารถเกาะเส้นผม และพื้นผิวได้ดี ให้ความลื่นจึงนิยมนำมาใช้ในครีมนวดผม หรือปรับผ้านุ่ม  สารตัวอย่างในกลุ่มนี้ที่ใช้ในครีมนวดผม ได้แก่   Dyhyquat AC , Rinse compound

III  Nonionic Surfactant ( นอนไอออนนิค  เซอร์แฟกแท้นท์)

สาร ชนิดนี้เมื่อละลายน้ำแล้วจะไม่แตกตัวจึงไม่มีประจุ  คุณสมบัติของสารกลุ่มนี้จะแตกต่างกันไป ตั้งแต่ละลายน้ำได้ จนไม่ละลายน้ำ  สารที่ไม่ละลายน้ำมักใช้เป็นตัวดับฟอง และ emulsifier ส่วนสารที่ละลายน้ำมักใช้เป็นสารทำความสะอาด   แต่เนื่องจากมีฟองน้อยจึงมักใช้คู่กับ LAS   หรือ Anionic Surfactant   อื่นๆ   ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ใช้สารนี้ ได้ แก่  ผงซักฟอก  สารขจัดคราบฝังแน่น  ตัวอย่างสารในกลุ่มนี้ได้แก่   Nonylphenol  -9 ( NP -9 ) .

IV Amphoteric Surfactant ( แอมโฟเทอริค  เซอร์แฟกแท้นท์)

สารกลุ่มนี้มีทั้งประจุบวกและลบอยู่ในโมเลกุลเดียวกัน เมื่อละลายน้ำจะแสดงประจุใดขึ้นอยู่กับสภาพ แวดล้อม โดยถ้าสภาพแวดล้อมเป็นกรดก็จะแสดงประจุบวก ถ้าสภาพแวดล้อมเป็นด่างก็จะแสดงประจุลบ   คุณสมบัติหลักของสารกลุ่มนี้คือ สามารถทนน้ำกระด้าง  อ่อนละมุนต่อผิว  สามารถเข้ากับ  SLES  , SLS ได้ดี เมื่อใช้ร่วมกันจะทำให้สามารถทำให้ข้นได้ง่ายขึ้น  มีคุณสมบัติการเกิดป้องกันไฟฟ้าสถิต และให้ความนุ่มได้   ตัวอย่างสารในกลุ่มนี้ได้แก่  สารกลุ่ม Betaine  เช่น  Mirataine BET C 30 , Dehyton K  นิยมใช้ร่วมกับ SLES -2EO ในผลิตภัณฑ์แชมพู

นอกจากนี้ยังมีกลุ่ม  amphoacetate   เช่น  Miranol LC 32  สารกลุ่มนี้ใช้ได้ดีกับผลิตภัณฑ์จำพวกสบู่ ครีมอาบน้ำ โดยช่วยให้ฟองสบู่ที่ได้นุ่ม และละเอียดขึ้นอย่างเห็นได้ชัด นอกจากนี้ยังให้ความอ่อนนุ่มแก่ผิว โดยช่วยให้ผิวไม่แห้งตึงหลังอาบน้ำหรือล้างหน้า

ภาพที่ 3 การทำงานของสารลดแรงตึงผิวโดยส่วนหัว (ส่วนที่ชอบน้ำ) จะจับกับโมเลกุลของน้ำ ส่วนหาง (ส่วนชอบไขมัน) จะจับกับสิ่งสกปรกพวกไขมันที่ไม่สามารถละลายน้ำ ทำให้สิ่งสกปรกหลุดออกไปแล้วแขวนลอย อยู่ในน้ำ