Los tensioactivos tienen una estructura química variada. Como resultado, se caracterizan por una gama completa de propiedades y tienen muchas funciones diferentes. Por tanto, estas sustancias se utilizan en casi todas las industrias. Un solo tensioactivo generalmente tiene múltiples propiedades, que afectan su uso final. La selección adecuada de la materia prima es clave en la producción de surfactantes. Es esta etapa la que decide los parámetros y propiedades fisicoquímicas de los tensioactivos resultantes y, por tanto, su uso posterior. Por ejemplo, los agentes de lavado y lavandería utilizan tensioactivos con excelentes propiedades humectantes y de formación de espuma, mientras que los cosméticos utilizan tensioactivos que son buenos emulsionantes.
Después de disolverse o dispersarse en un líquido, los tensioactivos se adsorben en el límite de fase , cambiando la tensión superficial de interfase. Estos compuestos también tienen una cualidad común que les permite formar micelas . Los tensioactivos se caracterizan por su resistencia a los efectos de los álcalis y el agua dura.
Solubilidad del tensioactivo en agua
Debido a su estructura hidrófila-hidrófoba , los tensioactivos son solubles en muchos disolventes diferentes.
La solubilidad de los agentes tensioactivos iónicos se debe a su capacidad para disociarse y producir iones. La solubilidad de los tensioactivos no iónicos pertenecientes a los grupos compuestos polioxietilenados o polioxipropilenados es, por otro lado, causada por la formación de una red de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua y el oxígeno del éter.
La solubilidad en compuestos polares proviene de la presencia del fragmento hidrófilo en la molécula. Sin embargo, cuanto más larga y menos ramificada sea la cadena de hidrocarburos, menor será la solubilidad en agua.
La solubilidad en agua de los tensioactivos se puede ajustar modificando su estructura. Es posible aumentar la solubilidad introduciendo un resto polioxietilenado en la molécula o cruzando el punto Krafft, que es una temperatura particular por encima de la cual se produce un aumento repentino de la solubilidad debido a la formación de micelas. La solubilidad en agua de un agente tensioactivo se puede reducir incorporando óxido de propileno en su estructura.
La solubilidad en agua del tensioactivo también está directamente relacionada con el valor del equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB).
Tensión superficial del surfactante
La tensión superficial son las fuerzas que actúan sobre el límite de la interfase . Es una característica de cantidad constante para cada líquido individual, que depende en gran medida de la temperatura y el entorno con el que el líquido está en contacto. La tensión superficial es el resultado de un desequilibrio de fuerzas que actúan sobre las moléculas ubicadas en la superficie del líquido y en su masa.
Las moléculas de tensioactivo se adsorben en la superficie de la fase líquida, posicionándose con sus cabezas polares hacia el grueso del líquido y con la cola hidrófoba hacia el aire. Como resultado de tal disposición de las moléculas, se reduce la tensión superficial de un líquido. Cuando se agrega una cantidad mayor de un surfactante, sus moléculas se dispersan en todo el volumen del líquido de manera desordenada, hasta que se excede la concentración micelar crítica (CMC) . Luego, las moléculas comienzan a organizarse en formas esféricas llamadas micelas .
Cuando aumenta la concentración de un tensioactivo en una solución, su tensión superficial cae a un cierto nivel y permanece constante, independientemente de cualquier aumento posterior de concentración. Los agentes tensioactivos no iónicos son los más eficaces para reducir la tensión superficial.
Conocer la concentración micelar crítica es muy importante cuando se utilizan agentes tensioactivos. Esto se debe a que determina la concentración umbral más adecuada para su uso en un producto para un tensioactivo determinado.
Los métodos que permiten medir la tensión superficial incluyen el método estalagmométrico, el método de elevación capilar y el método de presión máxima de burbuja.
Propiedades de los tensioactivos productores de espuma
Las propiedades productoras de espuma de los tensioactivos es la capacidad de los tensioactivos para producir espuma. Su medida es el volumen de espuma producido a partir de una solución que contiene tensioactivos en condiciones específicas. Esta propiedad de los agentes tensioactivos se debe a su capacidad para organizarse en micelas y estabilizar las burbujas de aire.
En líquidos puros, no se produce ningún proceso de formación de espuma. Para producir espuma, se introduce aire u otro gas en un líquido con un tensioactivo adecuado. Las moléculas de tensioactivo se ordenan luego en el límite de la interfase líquido-gas. Si la concentración de tensioactivo en la solución es alta, las moléculas del agente tensioactivo se disponen perpendicularmente al límite de la fase líquido-gas. Las ‘cabezas’ hidrofílicas se posicionan hacia la mayor parte del líquido, mientras que las ‘colas’ hidrofóbicas apuntan hacia el aire. Cuando se liberan burbujas de gas de la fase líquida, las moléculas de tensioactivo se adsorben en la superficie del gas, formando una espuma.
La capacidad de los tensioactivos para formar espumas depende de varios factores, como la concentración y la estructura química del tensioactivo, el valor de pH de la solución, la presencia de otros ingredientes en la solución y la dureza del agua. Las moléculas de tensioactivo con una cadena de alquilo de 12 a 15 átomos de largo, o con una cadena de polioxietileno que contiene 10 a 12 grupos oxietileno, tienen las mejores propiedades de formación de espuma. Por otro lado, las moléculas de tensioactivo con una cadena de alquilo de menos de 10 o más de 16 átomos de carbono tienen las peores propiedades de formación de espuma.
La capacidad de formación de espuma de cada tensioactivo se puede ajustar modificando su estructura. La inserción de un resto de polioxipropileno en la molécula de un agente tensioactivo nos permite reducir su formación de espuma, mientras que la adición de óxido de etileno aumenta la capacidad de formación de espuma de un tensioactivo.
Las propiedades productoras de espuma de los tensioactivos juegan un papel importante en muchas aplicaciones industriales , por ejemplo, flotación de minerales, producción de detergentes y en la industria alimentaria. En algunos casos, la formación de espuma es indeseable o incluso dañina. Este fenómeno es un obstáculo principalmente en la industria textil, los procesos de lavado y blanqueo industrial y en las lavadoras automáticas para el hogar. Para eliminar o limitar la capacidad de formación de espuma del tensioactivo, se puede utilizar una adición de agentes antiespumantes (por ejemplo, preparaciones de silicona o ciertos agentes tensioactivos no iónicos).
Los tensioactivos que pertenecen a agentes antiespumantes tienen un valor de equilibrio hidrófilo-lipófilo dentro del rango de 1,5 a 3. Cuando se prueba la capacidad de producción de espuma de los tensioactivos, se evalúa la estabilidad y densidad de la espuma además de su volumen.
Propiedades humectantes de los tensioactivos.
La humectabilidad es otra cualidad característica de los agentes tensioactivos. Gracias a la capacidad de las moléculas para reducir la tensión superficial entre un líquido y un sólido, y para eliminar el aire de las superficies sólidas, la delicuescencia de las gotas de líquido en la superficie aumenta considerablemente. En otras palabras, la humectabilidad es la capacidad de las moléculas de tensioactivo y sus soluciones para extenderse sobre la superficie sobre la que se aplican. Un resultado de este fenómeno es una barrera de energía reducida entre la solución y la superficie mojada. Este fenómeno conduce a un aumento del área de contacto, lo que mejora la eficacia y la velocidad de un proceso determinado.
Cuando se compara un líquido puro con uno al que se le añade un tensioactivo, es claramente visible una diferencia en las áreas absorbidas por cualquiera de las gotitas.
Gracias a las propiedades humectantes de los tensioactivos, los textiles se pueden humedecer con agua más rápido , lo que acelera el proceso de lavado. Esta cualidad también se utiliza en agroquímica (por ejemplo, humectación de la superficie de la hoja con el líquido rociado), en la industria de pinturas y barnices y en la industria de la construcción.
La cantidad que describe la capacidad de un líquido para humedecer sólidos es el ángulo de humectación Θ, que es el ángulo entre la superficie humedecida y la gota humectante. Cuando el ángulo es igual a cero, significa la humectación total de una superficie dada por la gota de líquido. Un ángulo de 0 ° <Θ <90 ° es característico para líquidos parcialmente humectantes, mientras que los ángulos de 90 ° <Θ <180 ° significan líquidos parcialmente no humectantes. Los líquidos completamente desprovistos de capacidad humectante tienen un ángulo de humectación Θ de 180 °.
Emulsificacion
La emulsificación implica la formación de una suspensión de dos sustancias mutuamente insolubles e inmiscibles, al menos una de las cuales es un líquido. Como resultado de este proceso, se forma un sistema dispersivo heterogéneo , la denominada emulsión . Si ambos componentes son líquidos, la emulsión es una suspensión de gotitas de una fase en la otra. Un líquido es la fase continua o externa, el otro, la fase dispersa o interna. Sin embargo, para que dicho sistema sea estable, es necesario utilizar un tensioactivo, que rodee las gotas de un líquido, separándolas de la otra fase y evitando que se combinen en agregados más grandes. Esto ocurre gracias al ordenamiento de las moléculas del agente tensioactivo. Se disponen con la cabeza hidrófila hacia el solvente polar y con la cola hidrófoba hacia la fase no polar. Así es como se forman las emulsiones de aceite en agua , donde la fase continua es agua polar con una fase oleosa no polar dispersa, o por el contrario, emulsiones W / O, es decir, agua en aceite .
El término emulsión no se puede utilizar para describir mezclas de gases o sólidos en líquidos, suspensiones de compuestos de plata en líquidos (denominada emulsión fotográfica) y mezclas utilizadas en motores de combustión (denominada emulsión aire-combustible).
La afinidad del emulsionante por la fase oleosa y la fase acuosa viene dada por el parámetro HLB (equilibrio hidrófilo-lipófilo). Su valor determina si un agente tensoactivo específico es mejor para estabilizar emulsiones de agua en aceite o aceite en agua. Los emulsionantes con un HLB inferior a 10 suelen estabilizar las emulsiones de agua en aceite, mientras que los emulsionantes con un HLB superior a 10 estabilizan las emulsiones de aceite en agua.
Durante un proceso de emulsificación, la estabilidad de las emulsiones resultantes y su facilidad de formación son cuestiones importantes. Los emulsionantes pueden tener una serie de propiedades y aplicaciones que son útiles para su función prevista. Los requisitos impuestos a los emulsionantes incluyen: reducción de la tensión superficial en el límite de la interfase, prevención del fenómeno de inversión, estabilización de la emulsión y falta de toxicidad u olor. Por lo general, los emulsionantes individuales poseen solo algunas de las propiedades deseadas, por lo que a menudo se usa una mezcla de emulsionantes adecuados.
La capacidad de formar emulsiones permite que los tensioactivos se utilicen en muchas industrias. Con este fenómeno, podemos producir cosméticos, pinturas, adhesivos, barnices y plásticos. Además, los tensioactivos se utilizan como emulsionantes en las industrias metalúrgica, alimentaria, de extracción de recursos, de combustibles, textil, química, de la construcción y muchas otras industrias.
Detergencia
La detergencia es un proceso de eliminación de impurezas . Ocurre con la participación de tensioactivos, que rodean las partículas de suciedad, posicionándose con las colas no polares, es decir, sus cadenas de hidrocarburos hacia ellas. A continuación, rompen la suciedad de la superficie y la rodean por todos lados, formando una micela . Una emulsión así producida facilita la eliminación de impurezas.
Tenga en cuenta que los tensioactivos exhiben un efecto sinérgico cuando se combinan con otros agentes tensioactivos. El sinergismo es un fenómeno en el que el efecto de dos o más componentes es mayor que la suma de sus efectos individuales tomados por separado.
