Surfaktanty niejonowe

Surfaktanty niejonowe – charakterystyka i właściwości

Surfaktanty niejonowe wchodzą w skład dużej grupy związków powierzchniowo czynnych, nazywanych surfaktantami. Charakteryzują się one unikalną budową amfifilową, która determinuje wszystkie ich właściwości i zastosowania. Surfaktanty niejonowe obejmują dużą liczbę syntetycznych substancji chemicznych o zróżnicowanych typach i strukturach. nie dysocjują po rozpuszczeniu w wodzie i charakteryzują się najszerszym zakresem właściwości, zależnym od stosunku równowagi hydrofilowo-lipofilowej (HLB).

Właściwości surfaktantów niejonowych:

• Dobre właściwości emulgujące,
• Zdolność do modyfikacji reologii,
• Wysoka rozpuszczalność w wodzie,
• W większości biodegradowalne,
• Kompatybilne z pozostałymi związkami powierzchniowo czynnymi,
• Wysoka stabilność chemiczna.

Przykłady surfaktantów niejonowych – chemiczna klasyfikacja

Wśród kluczowych grup chemicznych surfaktantów niejonowych należy wymienić:

• Etoksylowane alkohole tłuszczowe

Stanowią największą grupę związków niejonowych, o właściwościach powierzchniowych. Powstają w wyniku reakcji etoksylacji alkoholi tłuszczowych z tlenkiem etylenu. Ogólny wzór tych związków to R-(OCH2CH2)n-OH, gdzie R oznacza łańcuch alkilowy kwasu tłuszczowego, a n oznacza liczbę jednostek tlenku etylenu. Długość łańcucha alkilowego kwasu tłuszczowego i stopień etoksylacji determinują specyficzne właściwości i zastosowania każdego etoksylatu alkoholu tłuszczowego. Przykładem takiego surfaktantu jest np.  pochodna poli(tlenku alkilenu) syntetycznego alkoholu (ROKAnol NL8P4).

• Pochodne estrów

Pochodne estrowe to szeroko stosowana klasa biodegradowalnych, niejonowych środków powierzchniowo czynnych, obejmująca estry cukrów, sorbitanu i glicerolu. Często pozyskiwane są z odnawialnych zasobów naturalnych, takich jak oleje roślinne. Działają jako wszechstronne detergenty, głównie w zastosowaniach kosmetycznych. Grupa PCC posiada m.in.  ROKwinol 60 będący etoksylowanym monostearynianem sorbitanu.

• Pochodne amin

Część związków chemicznych, będąca pochodnymi amin, pozostaje obojętna elektrycznie w szerokim zakresie pH. Są to m.in. aminy tłuszczowe czy alkanoloamidy. Dzięki temu, mogą zostać wykorzystane do syntezy surfaktantów niejonowych, najczęściej w reakcji tlenkiem etylenu. Charakteryzują się dobrymi właściwościami zwilżającymi. Mogą być wykorzystywane jako stabilizatory i emulgatory. Przykładem takiej substancji jest Amina alkilowa, C16-18, etoksylowana (ROKAmin SR15).

• Kopolimery blokowe

Kopolimery blokowe zawierają w łańcuchu szkieletu długie fragmenty zbudowane z monomerów danego rodzaju. Kiedy tlenek etylenu i tlenek propylenu polimeryzują wspólnie, powstają tzw. kopolimery blokowe EO/PO. Wykazują bardzo dobre właściwości powierzchniowe, emulgujące i zwiększające rozpuszczalność. W przypadku kopolimerów ważny jest stosunek EO do PO w cząsteczce, który decyduje o jego działaniu w produktach. Również w ofercie Grupy PCC można znaleźć surfaktanty niejonowe będące kopolimerami blokowymi, np. EXOmer L64.

Jak dobrać surfaktant niejonowy?

Dobór surfaktantu niejonowego opiera się na wiedzy chemicznej i wymaganiach konkretnego produktu. Najważniejsze kryteria w doborze to:

Wartość HLB

Wartość równowagi hydrofilowo-lipofilowej (HLB) jest kluczowym parametrem pomiaru względnej siły hydrofilowości i lipofilowości surfaktantów niejonowych. Te o wartości HLB do 3, charakteryzują się właściwościami antypiennymi. HLB 7 do 9 wskazuje na bardzo dobre właściwości zwilżajace, z kolei wartości blisko 18 są charakterystyczne dla środków piorących oraz solubilizatorów.

Punkt zmętnienia

Odnosi się do temperatury, w której roztwór niejonowego surfaktantu zmienia się z klarownego w mętny, po podgrzaniu. Punkt ten jest ściśle związany z długością łańcucha polioksyetylenowego (EO) w cząsteczce surfaktantu. Dłuższe łańcuchy EO skutkują wyższymi punktami zmętnienia, ponieważ zwiększają hydrofilowość cząsteczki surfaktantu.

Temperatura krzepnięcia

Oznacza temperaturę, w której substancja przechodzi ze stanu ciekłego w stały. W przypadku surfaktantów niejonowych temperatura krzepnięcia decyduje o ich płynności i łatwości stosowania w niskich temperaturach. Generalnie surfaktanty niejonowe o niższej liczbie tlenku etylenu (EO) lub strukturze rozgałęzionych alkoholi wykazują niższe temperatury płynięcia, zazwyczaj poniżej -10°C. Pozwala to im zachować dobrą płynność w niskich temperaturach, ułatwiając przetwarzanie na zimno.

Surfaktanty niejonowe na tle innych związków powierzchniowych

Działanie środków powierzchniowo czynnych jest bardzo szerokie. Różnią się między sobą budową chemiczną, a tym samym właściwościami oraz obszarem zastosowań.

Surfaktanty niejonowe to środki powierzchniowo czynne, które nie tworzą jonów w roztworach wodnych. Różnią się tym od kationowych, anionowych oraz amfoterycznych, które obdarzone są ładunkami dodatnimi lub ujemnymi. Wykazują wysoką stabilność i odporność na twardą wodę – nie pienią się gwałtownie. Dedykowane są głównie do produktów o łagodnym działaniu, a w formulacjach wykazują dobrą kompatybilność z pozostałymi surfaktantami.

Detergenty anionowe z kolei są stosunkowo tanie w produkcji i biodegradowalne. Charakteryzują się silną pianotwórczością i dobrymi właściwościami myjącymi. Jednocześnie mogą być drażniące, dlatego unika się ich np. w kosmetykach dla dzieci.

Mniejsze znaczenie w przemyśle mają surfaktanty kationowe, ale nadal są cennymi składnikami m.in. kosmetyków do pielęgnacji czy produktów do prania. Ich główną zaletą są właściwości dezynfekcyjne oraz silne powinowactwo do powierzchni. Są jednak łagodniejsze dla skóry niż ich anionowe odpowiedniki.

Surfaktanty amfoteryczne, ze względu na wysokie koszty produkcji, znajdują zastosowanie głównie w specjalistycznych produktach. Są bardzo łagodne dla skóry, a w formulacjach z innym surfaktantami potrafią złagodzić ich działanie drażniące.

Standardy bezpieczeństwa w technologii surfaktantów

Wprowadzenie substancji chemicznych, takich jak surfaktanty niejonowe, do obrotu lub stosowanie ich w procesach przemysłowych i laboratoryjnych wymaga ścisłego przestrzegania wszelkich przepisów i regulacji.

Rozporządzenia REACH oraz CLP są fundamentem w zapewnieniu bezpieczeństwa chemicznego. Regulują kwestie rejestracji, dystrybucji czy oznakowania wytwarzanych surfaktantów niejonowych. Ściśle określają informacje, które muszą być zawarte w Karcie Charakterystyki substancji – m.in. na temat toksyczności, degradacji czy ryzyka narażenia. Ponadto rozporządzenie CLP narzuca obowiązek stosowania piktogramów. Jest to ważne, gdyż wykorzystanie wybranych surfaktantów niejonowych jest ograniczane ze względu na działanie np. endokrynne.

Wykorzystanie surfaktantów niejonowych w kosmetykach czy żywności wymaga ponadto zapewnienia wysokiej czystości produktów – nie mogą zawierać pozostałości np. tlenku etylenu. Każdy składnik musi posiadać nazwę zgodną z międzynarodowym systemem INCI, a surfaktanty stosowane jako emulgatory żywności muszą znajdować się na liście dopuszczonych dodatków.

Kluczowe obszary zastosowania surfaktantów niejonowych

Produkty kosmetyczne

Surfaktanty niejonowe w szerokim zakresie znalazły zastosowanie w przemyśle kosmetycznych, do wyrobu gotowych formulacji. Wykazują dobre właściwości myjące, z jednoczesnym, łagodnym działaniem na skórę. Są ważnymi składnikami do produkcji kosmetyków pielęgnacyjnych i myjących. Najczęściej pełnią funkcję emulgatorów. Pomagają w mieszaniu substancji nierozpuszczalnych w wodzie, takich jak oleje i tłuszcze. Umożliwia to uzyskanie gładkiej, jednorodnej konsystencji produktu końcowego. Wybrane surfaktanty niejonowe działają jako środki kondycjonujące oraz emolienty w kosmetykach myjących i pielęgnujących.

Perfumy

Solubilizatory, takie jak surfaktanty niejonowe mogą być składnikami perfum. Solubilizacja umożliwia wprowadzenie do roztworu wodnego substancji nierozpuszczalnych lub trudno rozpuszczalnych w wodzie, np. kompozycji zapachowych, wyciągów roślinnych, witamin i innych substancji olejowych w roztworach wodnych oraz wodno-alkoholowych. Właściwości solubilizacyjne surfaktantów niejonowych są wykorzystywanie nie tylko w perfumach – również w niektórych kosmetykach.

Przemysł górniczy

Ta grupa związków powierzchniowych może wchodzić w skład kompozycji trudnopalnych cieczy hydraulicznych typu HFA. Znajdują również zastosowanie w cieczach obróbczych, a także pełnią funkcję środków poprawiających właściwości smarne.

Środki ochrony roślin

Bardzo dobre właściwości emulgujące surfaktantów niejonowych determinują ich zastosowanie w formulacjach pestycydowych. Wspomagają ich powstawanie, a także utrzymują stabilność gotowego produktu. Dodatek surfaktantów niejonowych do środków ochrony roślin poprawia ich właściwości aplikacyjne – przyczepność i zwilżalność powierzchni rośliny.

Przemysł garbarski

Niektóre z surfaktantów niejonowych stanowią dodatki w procesach garbarskich. Zapewniają efekt zmiękczający, a także poprawiają wartości przerobowe i wytrzymałość surowca. Doskonale sprawdzają się jako środki piorące. Dodatkowo wykazują wysoką zdolność do penetracji różnych włókien.

Produkcja farb

Surfaktanty niejonowe są wykorzystywane w branży produkującej farby i lakiery, ze względu na bardzo dobre właściwości emulgujące. Wspierają tworzenie stabilnych emulsji oraz wspomagają dyspergowanie barwników. Część surfaktantów niejonowych wykazuje zdolność do wydłużania czasu otwartego farb. Wpływają również na zachowanie farby podczas aplikacji, ułatwiając jej nakładanie oraz poprawiając rozlewność.

Przemysł chemiczny

Surowce w postaci surfaktantów niejonowych mogą być zastosowane jako półprodukt do syntez chemicznych. Ze względu na zasadowy charakter wybranych związków, wykorzystywane są do neutralizacji kwaśnych substancji oraz jako czynnik regulujący pH. Właściwość tą wykorzystuje się między innymi w produkcji cieczy obróbczych do metali, detergentów, środków piorących, czyszczących oraz chemii samochodowej.