I. Varios conceptos sobre tensioactivos.

La propiedad que puede reducir la tensión superficial del disolvente se llama actividad superficial, y la sustancia con actividad superficial se llama sustancia tensioactiva. La sustancia tensioactiva que puede asociar moléculas en solución acuosa y formar micelas y otros asociados, y tiene una alta actividad superficial, y también tiene las funciones de humectación, emulsificación, formación de espuma y lavado se llama tensioactivo. La fuerza de contracción de cualquier unidad de longitud sobre la superficie de un líquido se llama tensión superficial y la unidad es N-m-1.

En segundo lugar, las características de la estructura molecular de los tensioactivos.

Los surfactantes 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, formación de espuma, emulsificación y lavado. En términos de estructura, todos los tensioactivos tienen la característica común de que sus moléculas contienen dos grupos con diferentes propiedades, un extremo es un grupo no polar de cadena larga, que es soluble en aceite pero insoluble en agua, también conocido como grupo hidrófobo o grupo repelente al agua. El otro extremo del espectro son los grupos solubles en agua, concretamente grupos hidrófilos o grupos hidrófilos. El grupo hidrófilo debe ser suficientemente hidrófilo para garantizar que todo el tensioactivo sea soluble en agua y tenga la solubilidad necesaria. Dado que los tensioactivos contienen grupos tanto hidrófilos como hidrófobos, son solubles en al menos una de las fases líquidas. Esta propiedad de los tensioactivos que son tanto hidrófilos como lipófilos se llama anfifilicidad.

También existe en el mercado un tipo especial de tensioactivo bifílico, uno de los cuales es el tensioactivo de quinurenina glicol. Tiene dos pares de grupos hidrófobos e hidrófilos unidos estructuralmente por un grupo funcional simétrico y relativamente «rígido» en el medio. Los tensioactivos bariónicos son espumas menos estables y tienen una humectabilidad dinámica excepcional.

Tipos de tensioactivos.

El surfactante es una molécula anfifílica con grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. Los grupos hidrófobos de los tensioactivos generalmente están compuestos de cadenas largas de hidrocarburos, como alquilo de cadena lineal C8 a C20, alquilo de cadena ramificada C8 a C20, grupos alquilbenceno (número de átomos de carbono del alquilo de 8 a 16), etc. La diferencia de los grupos hidrófobos radica principalmente en los cambios estructurales de las cadenas de hidrocarburos, que son más pequeñas, mientras que la variedad de grupos hidrófilos es mayor. Por lo tanto, las propiedades de los tensioactivos están relacionadas principalmente con los grupos hidrófilos además del tamaño y la forma de los grupos hidrófobos.La estructura de los grupos hidrófilos varía más que la de los grupos hidrófobos, por lo que la clasificación de los tensioactivos generalmente se basa en la estructura de los grupos hidrófilos. Esta clasificación se basa en si el grupo hidrófilo es iónico o no, y se divide en tensioactivos aniónicos, catiónicos, no iónicos, anfóteros y otros tipos especiales de tensioactivos.

IV. Características de la solución acuosa de tensioactivo.

1. Adsorción de surfactante en la interfaz. Las moléculas de surfactante tienen grupos lipófilos e hidrofílicos, que son moléculas anfifílicas. El agua es un líquido polar fuerte, y cuando el surfactante se disuelve en agua, su grupo hidrófilo es atraído al agua y se disuelve en agua de acuerdo con el principio de similitud de polaridad y repulsión, y su grupo lipófilo es repelido del agua y abandona el agua, como resultado, las moléculas de surfactante (o iones) se adsorben en la interfaz de dos fases, de modo que se reduce la tensión interfacial entre dos fases. Cuantas más moléculas (o iones) de tensioactivo se adsorban en la interfaz, mayor será la reducción de la tensión interfacial.

2 、 Algunas propiedades de la membrana de adsorción.

Presión superficial de la película de adsorción: el surfactante se adsorbe en la interfaz gas-líquido para formar una película de adsorción, como colocar 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 llama presión superficial.

Viscosidad superficial: al igual que la presión superficial, la viscosidad superficial es una propiedad exhibida por la película molecular insoluble. Suspensión de un anillo de platino de alambre de metal fino, de modo que su plano entre en contacto con la superficie del agua del tanque, gire 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 de la superficie, el método es: primero en experimentos de superficie de agua pura, midió la disminución de la amplitud y luego midió la formación de la decadencia de la película superficial, a partir de la diferencia entre los dos para encontrar la viscosidad de la película superficial. La viscosidad de la superficie está estrechamente relacionada con la solidez de la película superficial, ya que la película de adsorción tiene presión y viscosidad superficial, debe tener elasticidad. Cuanto mayor sea la presión superficial y mayor la viscosidad de la película adsorbida, mayor será su módulo elástico. El módulo elástico de la película de adsorción superficial tiene una importancia importante 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 excede un cierto valor, la cantidad de adsorción ya no aumenta. Este exceso de moléculas de tensioactivo está desordenado en la solución o existe de alguna manera regular. Tanto la práctica como la teoría sugieren que forman asociados 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 hidrófilo-lipófilo, que indica el equilibrio hidrófilo y lipófilo de los grupos hidrófilos y lipófilos del tensioactivo, es decir, el valor HLB del tensioactivo. un valor HLB grande indica una molécula hidrófila fuerte y una molécula lipófila débil; por el contrario, una molécula lipófila 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 hidrófilas, 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 lipófilos, mientras que aquellos con valores superiores a 10 son hidrófilos. Por lo tanto, el punto de inflexión de lipófilo a hidrófilo es aproximadamente 10.

 

Según el valor HLB del tensioactivo, los posibles usos se pueden entender de forma aproximada, como se muestra en la tabla de la izquierda, el valor HLB del tensioactivo adecuado para su uso como emulsionante de agua en aceite es de 3,5 a 6, mientras que el valor HLB del emulsionante de agua en aceite es de 8 a 18.

 

Quinto, el papel de la emulsificación y la solubilización.

Dos líquidos mutuamente insolubles, uno con partículas (gotitas o cristales líquidos) dispersas en el otro para formar un sistema llamado emulsión. La formación de emulsión se debe al aumento en el área límite de los dos líquidos, por lo que este sistema es termodinámicamente inestable, para que la emulsión sea estable es necesario agregar un tercer componente: emulsionante para reducir la energía interfacial del sistema. El emulsionante pertenece al agente tensioactivo, su función principal es desempeñar el papel de emulsión. La emulsión en presencia de gotitas de esa fase se denomina fase dispersa (o fase interna ﹑ fase discontinua), conectada a otra fase llamada medio de dispersión (o fase externa ﹑ fase continua).

1, emulsionantes y emulsiones. Emulsión común, una fase es agua o solución acuosa, la otra fase no es miscible con agua, sustancias orgánicas, como grasas, ceras, etc.Las emulsiones de agua y aceite formadas, según su dispersión, se pueden dividir en dos clases: aceite dispersado en agua para formar una emulsión de aceite en agua, en O/W (aceite/agua): agua dispersada en aceite para formar una emulsión de aceite en agua, en W/O (agua/aceite), dicho. También se pueden formar emulsiones múltiples complejas de tipo agua en aceite en agua W/O/W y de tipo aceite en agua en aceite O/W/O.

Los emulsionantes se utilizan para estabilizar emulsiones reduciendo la tensión interfacial y formando películas interfaciales de una sola molécula. En la emulsificación del emulsionante se requieren: a, el emulsionante debe poder adsorber o enriquecer la interfaz entre las dos fases, de modo que se reduzca la tensión interfacial; b, el emulsionante debe cargar las partículas, de modo que se produzca una repulsión electrostática entre las partículas o la formación de una viscosidad ﹑ estable alrededor de las partículas de una película protectora especialmente alta. Por lo tanto, la sustancia utilizada como emulsionante debe tener grupos anfifílicos para poder emulsionarse, y los tensioactivos pueden cumplir este requisito.

2, métodos de preparación de emulsiones y factores que afectan la estabilidad de las emulsiones.

Hay dos métodos para preparar emulsiones: uno consiste en utilizar el método mecánico para dispersar el líquido en forma de partículas diminutas en otro líquido, que se utiliza principalmente en la industria para preparar emulsiones; la otra es disolver el líquido en estado molecular en otro líquido y luego hacer que se junte adecuadamente para formar una emulsión.

La estabilidad de una emulsión es la capacidad de resistir la agregación de partículas que conduciría a 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, las moléculas emulsionantes y los alcoholes, los ácidos, las aminas y otras moléculas polares forman un «complejo», de modo que la resistencia de la membrana interfacial aumenta.

Más de dos tipos de tensioactivos que consisten en un emulsionante se denominan emulsionantes mixtos. Emulsionante mixto adsorbido en la interfaz agua/aceite, la acción intermolecular puede formar complejos. Debido a la fuerte acción intermolecular, la tensión interfacial se reduce significativamente, la cantidad de emulsionante adsorbido en la interfaz aumenta significativamente, aumenta la formación de la densidad de la película interfacial y aumenta la resistencia.

La carga de las perlas líquidas tiene un efecto significativo sobre la estabilidad de la emulsión.En emulsiones estables, las perlas líquidas generalmente están cargadas. Cuando se utiliza un emulsionante iónico, se adsorbe en la interfaz del ion emulsionante su grupo lipófilo insertado en la fase oleosa y el grupo hidrófilo en la fase acuosa, lo que hace que las perlas líquidas se carguen. Como la emulsión de las perlas líquidas con la misma carga, se repelen entre sí, no son fáciles de aglomerar, por lo que aumenta la estabilidad. Se puede observar que cuantos más iones emulsionantes se adsorben en las perlas, mayor es la carga, mayor es la capacidad de evitar que las perlas se aglomeren 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. Generalmente, 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 perlas líquidas y ralentiza la colisión entre las perlas líquidas, de modo que el sistema permanece estable. Por lo general, las sustancias poliméricas que se pueden disolver en emulsiones pueden aumentar la viscosidad del sistema y aumentar la estabilidad de las emulsiones. Además, los polímeros pueden formar una película interfacial fuerte, haciendo que el sistema de emulsión sea más estable.

En algunos casos, la adición de polvo sólido también puede estabilizar la emulsión. El polvo sólido está en agua, aceite o interfaz, dependiendo del aceite, el agua depende de la capacidad humectante 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 hace que la emulsión sea estable porque el polvo acumulado en la interfaz mejora la película de la interfaz, que es similar a las moléculas del emulsionante de adsorción de la interfaz, por lo que cuanto más cerca esté dispuesto el polvo sólido en la interfaz, más estable será la emulsión.

El tensioactivo tiene la capacidad de aumentar significativamente la solubilidad de sustancias orgánicas insolubles o ligeramente solubles después de formar micelas en una solución acuosa, y la solución es transparente en este momento, y este efecto de las micelas se llama solubilización. El tensioactivo que puede producir solubilización se llama solubilizante y la materia orgánica que se solubiliza se llama materia solubilizada.

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Respuesta rápida: Una decisión práctica sobre aditivos comienza con el defecto exacto: espuma, mala humectación, cráteres, neblina o inestabilidad. El mejor producto suele ser el que soluciona ese defecto con la ventana de compatibilidad más segura.

Nombre del producto	Nombre químico	Número CAS
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IPL	Laurato de isopropilo	CAS 10233-13-3
2-EHP	Ipalmitato de sooctilo	CAS 1341-38-4
IPM	Miristato de isopropilo	CAS 110-27-0

Cómo suelen evaluar los compradores los aditivos de tinta y recubrimiento

La selección de aditivos suele ser más efectiva cuando el equipo define primero el defecto y luego analiza la compatibilidad, el rango de dosificación y la etapa del proceso. Esto suele ser mucho más confiable que elegir solo por familia química o por un único resultado de laboratorio dramático.

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Preguntas frecuentes para compradores y formuladores

¿Por qué un aditivo que parece potente en un vaso de precipitados a veces falla en la producción?
Porque el corte, la temperatura, el sustrato y la fórmula completa pueden cambiar la forma en que se desempeña el aditivo en condiciones reales de proceso.

¿Se debe preferir siempre el aditivo más agresivo?
Normalmente no. El mejor aditivo es aquel que soluciona el defecto real conservando al mismo tiempo la ventana de funcionamiento segura más amplia.

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