Point de trouble – définition, mécanisme et méthodes de mesure

Le mécanisme de solubilité des tensioactifs dans l’eau

La solubilité est une propriété physique des composés chimiques, dépendant principalement du type de substance dissoute et de la solution dans laquelle elle est dissoute . Elle est influencée, entre autres, par la température de la solution utilisée et la pression appliquée. Le mécanisme de dissolution varie selon la substance dissoute et peut être lié à :

• Dissociation et formation d’ions dans le cas des composés ioniques,
• La formation de liaisons hydrogène entre les molécules d’eau et l’oxygène de l’éther dans le groupe oxyalkylène dans le cas des composés non ioniques.

De plus, il convient de mentionner certaines relations lorsqu’on considère la solubilité des tensioactifs :

• Plus une molécule de tensioactif contient de groupements éther, plus sa solubilité dans l’eau est élevée. Ceci est dû à une hydrophilie accrue.
• Plus la température est élevée, plus la solubilité est faible, ce qui rend la solution trouble.

La température au-dessus de laquelle deux phases commencent à se séparer dans la solution et que celle-ci devient hétérogène est le point de trouble. La présence de sels inorganiques dans l’eau peut abaisser le point de trouble des solutions de tensioactifs. Les hydrotropes, un groupe spécifique de composés chimiques, sont utilisés pour empêcher l’abaissement du point de trouble.

Que sont les hydrotropes ?

Ce sont des substances capables de modifier la solubilité des composés chimiques dans l’eau. Elles se caractérisent par leur amphiphilicité, c’est-à-dire la présence de fragments hydrophobes et hydrophiles dans leurs molécules. Au-delà d’une certaine concentration, appelée concentration hydrotrope, elles forment des micelles. Leur fonction principale est donc d’empêcher la précipitation des composants de formulations riches en tensioactifs à basse température. Leur structure est similaire à celle des tensioactifs, mais leur chaîne hydrophobe est plus courte. Voir les agents hydrotropes disponibles auprès du groupe PCC.

Floculation et coagulation

Les tensioactifs sous forme de micelles , comme toutes les solutions colloïdales dans certaines conditions, ont tendance à s’agréger en amas plus importants. La coagulation entraîne une réduction de la surface interfaciale, provoquant la séparation des phases. La floculation conduit également à la formation d’agrégats plus importants, mais ceux-ci peuvent se déplacer librement dans le milieu de dispersion. Le facteur influençant ce processus est la nature de la double couche électrique autour des micelles. Voir les floculants dans la gamme de produits du Groupe PCC.

tensioactifs non ioniques

Le déroulement des procédés visant à produire des agrégats plus importants dépend étroitement de la capacité d’hydratation des groupes -OH ou -(CH₂CH₂O)ₙ-. Lorsque la température augmente, le degré d’hydratation diminue. Il en résulte la floculation des solutions micellaires de tensioactifs et le mélange subséquent des phases. Au cours de ce processus, on observe une phase aqueuse transparente, pratiquement dépourvue de tensioactifs, et une phase nettement trouble contenant une solution colloïdale très concentrée de tensioactif. La turbidité de la solution est donc une conséquence de la présence de gros agrégats de tensioactifs, qui provoquent la diffusion de la lumière visible la traversant. Une séparation de phases peut être observée dans une certaine plage de températures, au voisinage du point de trouble.

Mélanges de tensioactifs anioniques et cationiques

Le phénomène de turbidité des solutions s’observe également dans les mélanges de tensioactifs anioniques et cationiques, mais il est dû à d’autres mécanismes. Selon le rapport des tensioactifs anioniques et cationiques présents dans la solution, ainsi que la présence d’électrolytes, le système peut être une solution micellaire limpide ou un système précipité-coacervat présentant divers équilibres mutuels. En fonction de la composition du mélange utilisé, la relation entre le point de trouble et la fraction molaire de l’un des composants peut être représentée par un graphique caractéristique. Des études empiriques ont montré qu’une augmentation de la fraction de tensioactif anionique, d’environ 0,47 à environ 0,51, entraîne une diminution du point de trouble. De 0,51 à environ 0,57, une augmentation du point de trouble a été observée. De manière générale, on peut également affirmer que la présence d’électrolytes dans la solution provoque une diminution du point de trouble.

Point de trouble – réversibilité de la transformation

Les solutions de tensioactifs deviennent troubles lorsqu’elles sont chauffées, mais grâce à la réversibilité de la transformation, elles redeviennent limpides lorsqu’elles sont refroidies à une certaine température.

Qu’est-ce qui influence le point de trouble ?

1. 1. Contaminants : plus la solution contient de contaminants, plus son point de trouble est bas. Les particules supplémentaires perturbent la structure et entravent la formation des micelles.
   2. Pression : plus la pression est élevée, plus le point de trouble est élevé. Les hautes pressions favorisent la formation de structures plus compactes.
   3. Solvant,
   4. Tensioactif : pour les tensioactifs non ioniques les plus courants, les relations suivantes s’appliquent :
      1. Structure chimique – longueur de la chaîne hydrophobe,
      2. Degré d’oxyéthylation

Plus la chaîne hydrophobe est longue et plus le degré d’oxyéthylation est faible, plus le point de trouble est bas.

Méthodes de détermination du point de trouble

1. 1. Méthodes visuelles
      1. Observation visuelle pendant le chauffage progressif de la solution,
      2. Utilisation d’appareils dédiés qui emploient la technique du chauffage contrôlé,
   2. Méthodes spectrophotométriques
      1. Mesure de l’absorption ou de la transmittance de la lumière, qui varie avec la température,

Importance du paramètre de point de trouble

• Industrie alimentaire et chimique, y compris la détermination des propriétés des formulations de tensioactifs.
• Contrôle de la qualité des carburants et des huiles,
• Détermination des propriétés des matériaux, tels que les polymères et les graisses,