I. Varios conceptos sobre los tensioactivos.
La propiedad que permite reducir la tensión superficial del disolvente se denomina actividad superficial, y la sustancia con actividad superficial se denomina sustancia tensioactiva. La sustancia tensioactiva que puede asociar moléculas en solución acuosa y formar micelas y otros asociados, y que tiene una alta actividad superficial, además de funciones de humectación, emulsificación, espumación y lavado, se denomina tensioactivo. La fuerza de contracción de cualquier unidad de longitud en la superficie de un líquido se denomina tensión superficial, y la unidad es N-m-1.
En segundo lugar, las características de la estructura molecular de los tensioactivos.
Los tensioactivos son compuestos orgánicos con estructuras y propiedades especiales que pueden cambiar significativamente la tensión interfacial entre dos fases o la tensión superficial de un líquido (generalmente agua), y tienen propiedades como humectación, espumación, emulsificación y lavado. En términos de estructura, todos los tensioactivos tienen una característica común: sus moléculas contienen dos grupos con propiedades diferentes, un extremo es un grupo no polar de cadena larga, soluble en aceite pero insoluble en agua, también conocido como grupo hidrofóbico o grupo repelente al agua. El otro extremo del espectro son los grupos solubles en agua, es decir, los grupos hidrofílicos o grupos hidrófilos. El grupo hidrofílico debe ser lo suficientemente hidrofílico como para garantizar que todo el tensioactivo sea soluble en agua y tenga la solubilidad necesaria. Dado que los tensioactivos contienen tanto grupos hidrofílicos como hidrofóbicos, son solubles en al menos una de las fases líquidas. Esta propiedad de los tensioactivos, que son tanto hidrofílicos como lipofílicos, se denomina anfifilicidad.
También existe en el mercado un tipo especial de tensioactivo bifílico, del que el tensioactivo cinurenina glicol es uno de los productos representativos. Tiene dos pares de grupos hidrofóbicos e hidrofílicos unidos estructuralmente por un grupo funcional simétrico y relativamente «rígido» en el centro. Los tensioactivos bariónicos son espumas menos estables y tienen una humectabilidad dinámica específica excepcional.
Tipos de tensioactivos.
Los tensioactivos son moléculas anfifílicas con grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. Los grupos hidrofóbicos de los tensioactivos suelen estar compuestos por largas cadenas de hidrocarburos, como alquilos de cadena lineal C8 a C20, alquilos de cadena ramificada C8 a C20, grupos alquilbenceno (número de átomos de carbono alquilo de 8 a 16), etc. La diferencia entre los grupos hidrofóbicos radica principalmente en los cambios estructurales de las cadenas de hidrocarburos, que son menores, mientras que la variedad de grupos hidrofílicos es mayor. Por lo tanto, las propiedades de los tensioactivos están relacionadas principalmente con los grupos hidrofílicos, además del tamaño y la forma de los grupos hidrofóbicos. La estructura de los grupos hidrofílicos varía más que la de los grupos hidrofóbicos, por lo que la clasificación de los tensioactivos se basa generalmente en la estructura de los grupos hidrofílicos. Esta clasificación se basa en si el grupo hidrofílico es iónico o no, y se divide en tensioactivos aniónicos, catiónicos, no iónicos, anfóteros y otros tipos especiales.
IV. Características de la solución acuosa de tensioactivos.
1. Adsorción de tensioactivos en la interfaz. Las moléculas de tensioactivos tienen grupos lipofílicos e hidrofílicos, que son moléculas anfifílicas. El agua es un líquido polar fuerte y, cuando el tensioactivo se disuelve en agua, su grupo hidrófilo es atraído por el agua y se disuelve en ella según el principio de similitud y repulsión de polaridades, mientras que su grupo lipofílico es repelido por el agua y abandona el agua. Como resultado, las moléculas de tensioactivo (o iones) se adsorben en la interfaz de las dos fases, de modo que se reduce la tensión interfacial entre ambas. Cuantas más moléculas de surfactante (o iones) se adsorben en la interfaz, mayor es la reducción de la tensión interfacial.
2、Algunas propiedades de la membrana de adsorción.
Presión superficial de la película de adsorción: el tensioactivo se adsorbe en la interfaz gas-líquido para formar una película de adsorción, como por ejemplo colocando un flotador móvil sin fricción en la interfaz para empujar la película de adsorción a lo largo de la superficie de la solución, la película genera una presión sobre el flotador, y esta presión se denomina presión superficial.
Viscosidad superficial: al igual que la presión superficial, la viscosidad superficial es una propiedad que presenta la película molecular insoluble. Suspensión de un anillo de platino de alambre metálico fino, de modo que su plano entre en contacto con la superficie del agua del tanque, girar el anillo de platino, el anillo de platino por la viscosidad de la obstrucción del agua, la amplitud decae gradualmente, según lo cual se puede medir la viscosidad superficial, el método es: primero en experimentos en superficie de agua pura, se mide la caída de la amplitud y, a continuación, se mide la formación de la caída de la película superficial, a partir de la diferencia entre ambos se encuentra la viscosidad de la película superficial. La viscosidad superficial está estrechamente relacionada con la solidez de la película superficial, ya que la película de adsorción tiene presión superficial y viscosidad, por lo que debe tener elasticidad. Cuanto mayor es la presión superficial y mayor es la viscosidad de la película adsorbida, mayor es su módulo de elasticidad. El módulo de elasticidad de la película de adsorción superficial tiene una importancia significativa en el proceso de estabilización de la burbuja.
3、La formación de micelas.
La solución diluida de tensioactivo obedece a la ley que sigue la solución ideal. La cantidad de tensioactivo adsorbido en la superficie de la solución aumenta con la concentración de la solución, y cuando la concentración alcanza o supera un determinado valor, la cantidad de adsorción deja de aumentar. Estas moléculas de tensioactivo en exceso se desordenan en la solución o existen de alguna forma regular. Tanto la práctica como la teoría sugieren que forman asociaciones dentro de la solución, que se denominan micelas. La concentración mínima de tensioactivos en solución para formar micelas se denomina concentración micelar crítica (CMC).
HLB es la abreviatura de «equilibrio hidrofílico-lipofílico», que indica el equilibrio hidrofílico y lipofílico de los grupos hidrofílicos y lipofílicos del tensioactivo, es decir, el valor HLB del tensioactivo. Un valor HLB alto indica una molécula hidrofílica fuerte y una molécula lipofílica débil; por el contrario, un valor HLB bajo indica una molécula lipofílica fuerte y una molécula hidrofílica débil. El valor HLB es un valor relativo, por lo que cuando se establece el valor HLB, el valor HLB de la cera de parafina, que no tiene propiedades hidrofílicas, se establece en 0, mientras que el valor HLB del dodecilsulfato de sodio, que es más soluble en agua, se establece en 40. En términos generales, los emulsionantes con valores HLB inferiores a 10 son lipofílicos, mientras que los que tienen valores superiores a 10 son hidrofílicos. Por lo tanto, el punto de inflexión entre lipofílico e hidrofílico es aproximadamente 10.
Según el valor HLB del tensioactivo, se pueden entender a grandes rasgos los posibles usos, como se muestra en la tabla de la izquierda: el valor HLB del tensioactivo adecuado para su uso como emulsionante agua en aceite es de 3,5 a 6, mientras que el valor HLB del emulsionante agua en aceite es de 8 a 18.
En quinto lugar, la función de emulsificación y solubilización.
Dos líquidos mutuamente insolubles, uno con partículas (gotas o cristales líquidos) dispersas en el otro, forman un sistema denominado emulsión. La formación de la emulsión se debe al aumento de la superficie de contacto entre los dos líquidos, por lo que este sistema es termodinámicamente inestable. Para estabilizar la emulsión es necesario añadir un tercer componente, el emulsionante, que reduce la energía interfacial del sistema. El emulsionante pertenece al grupo de los agentes tensioactivos y su función principal es actuar como emulsionante. La emulsión en presencia de gotas de esa fase se denomina fase dispersa (o fase interna, fase discontinua), conectada a otra fase denominada medio de dispersión (o fase externa, fase continua).
1, emulsionantes y emulsiones. En una emulsión común, una fase es agua o una solución acuosa, y la otra fase es una sustancia orgánica no miscible con agua, como grasa, cera, etc. Las emulsiones de agua y aceite, según su dispersión, se pueden dividir en dos tipos: el aceite disperso en agua para formar una emulsión de aceite en agua, denominada O/W (aceite/agua); y el agua dispersa en aceite para formar una emulsión de aceite en agua, denominada W/O (agua/aceite). También se pueden formar emulsiones múltiples complejas de tipo agua en aceite en agua (W/O/W) y aceite en agua en aceite (O/W/O).
Los emulsionantes se utilizan para estabilizar las emulsiones reduciendo la tensión interfacial y formando películas interfaciales de una sola molécula. En la emulsificación, los requisitos del emulsionante son: a) el emulsionante debe ser capaz de adsorber o enriquecer la interfaz entre las dos fases, de modo que se reduzca la tensión interfacial; b) el emulsionante debe conferir carga a las partículas, de modo que se produzca una repulsión electrostática entre ellas o se forme una película protectora especialmente alta y estable alrededor de las partículas. Por lo tanto, la sustancia utilizada como emulsionante debe tener grupos anfifílicos para poder emulsionar, y los tensioactivos pueden cumplir este requisito.
2, métodos de preparación de emulsiones y factores que afectan a la estabilidad de las emulsiones.
Existen dos métodos para preparar emulsiones: uno es utilizar el método mecánico para dispersar el líquido en forma de partículas minúsculas en otro líquido, que es el más utilizado en la industria para preparar emulsiones; el otro es disolver el líquido en estado molecular en otro líquido y, a continuación, hacer que se agrupe adecuadamente para formar una emulsión.
La estabilidad de una emulsión es la capacidad de resistir la agregación de partículas que provocaría la separación de fases. Las emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables con grandes energías libres. Por lo tanto, la llamada estabilidad de una emulsión es en realidad el tiempo que tarda el sistema en alcanzar un estado de equilibrio, es decir, el tiempo que tarda en producirse la separación de uno de los líquidos del sistema. Cuando la membrana interfacial contiene moléculas orgánicas polares, como alcoholes grasos, ácidos grasos y aminas grasas, la resistencia de la membrana aumenta significativamente. Esto se debe a que, en la capa de adsorción interfacial de las moléculas emulsionantes y los alcoholes, los ácidos y las aminas y otras moléculas polares forman un «complejo», de modo que aumenta la resistencia de la membrana interfacial.
Más de dos tipos de tensioactivos que forman un emulsionante se denominan emulsionantes mixtos. Los emulsionantes mixtos adsorbidos en la interfaz agua/aceite pueden formar complejos por acción intermolecular. Debido a la fuerte acción intermolecular, la tensión interfacial se reduce significativamente, la cantidad de emulsionante adsorbido en la interfaz aumenta considerablemente, la densidad de la película interfacial aumenta y la resistencia se incrementa.
La carga de las gotas líquidas tiene un efecto significativo en la estabilidad de la emulsión. En las emulsiones estables, las gotas líquidas suelen estar cargadas. Cuando se utiliza un emulsionante iónico, el ion del emulsionante adsorbido en la interfaz inserta su grupo lipofílico en la fase oleosa y el grupo hidrofílico en la fase acuosa, lo que hace que las gotas líquidas se carguen. Como las emulsiones de las gotas de líquido tienen la misma carga, se repelen entre sí, no se aglomeran fácilmente, lo que aumenta la estabilidad. Se puede observar que cuantos más iones emulsionantes se adsorben en las gotas, mayor es la carga, mayor es la capacidad de evitar la aglomeración de las gotas y más estable es el sistema de emulsión.
La viscosidad del medio de dispersión de la emulsión tiene cierta influencia en la estabilidad de la emulsión. En general, cuanto mayor es la viscosidad del medio de dispersión, mayor es la estabilidad de la emulsión. Esto se debe a que la viscosidad del medio de dispersión es grande, lo que tiene un fuerte efecto sobre el movimiento browniano de las gotas de líquido y ralentiza la colisión entre ellas, de modo que el sistema permanece estable. Por lo general, las sustancias poliméricas que pueden disolverse en emulsiones pueden aumentar la viscosidad del sistema y hacer que la estabilidad de las emulsiones sea mayor. Además, los polímeros pueden formar una película interfacial resistente, lo que hace que el sistema de emulsión sea más estable.
En algunos casos, la adición de polvo sólido también puede estabilizar la emulsión. El polvo sólido se encuentra en el agua, el aceite o la interfaz, dependiendo del aceite, el agua y la capacidad de humectación del polvo sólido. Si el polvo sólido está completamente humedecido por agua y puede ser humedecido por aceite, solo se retendrá en la interfaz agua-aceite. El polvo sólido no estabiliza la emulsión porque el polvo acumulado en la interfaz refuerza la película interfacial, que es similar a las moléculas emulsionantes de adsorción interfacial, por lo que cuanto más cerca se dispone el polvo sólido en la interfaz, más estable es la emulsión.
El tensioactivo tiene la capacidad de aumentar significativamente la solubilidad de sustancias orgánicas insolubles o ligeramente solubles después de formar micelas en solución acuosa, y la solución es transparente en ese momento. Este efecto de las micelas se denomina solubilización. El tensioactivo que puede producir solubilización se denomina solubilizante, y la materia orgánica que se solubiliza se denomina materia solubilizada.
Productos de la misma serie
| Product Name | Chemical Name | CAS number |
| IPP | Isopropyl palmitate | CAS 142-91-6 |
| IPL | Isopropyl Laurate | CAS 10233-13-3 |
| 2-EHP | Isooctyl palmitate | CAS 1341-38-4 |
| IPM | Isopropyl myristate | CAS 110-27-0 |