Sustancia tensoactiva

La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 2 de abril de 2022; la verificación requiere 1 edición .

El surfactante ( surfactante , tensioactivo ) es un compuesto químico que, al concentrarse en la interfaz de las fases termodinámicas , provoca una disminución de la tensión superficial . Junto con los jabones , los tensioactivos sintéticos son el principal ingrediente activo de los detergentes [1] .

Los co-tensioactivos (co-tensioactivos) son compuestos químicos que tienen la propiedad de un tensioactivo, pero están destinados a mantener, mejorar, activar y otras propiedades del tensioactivo principal. Por ejemplo, para aumentar la solubilidad de componentes poco solubles o para mantener la capacidad de formación de espuma.

Actividad superficial

La principal característica cuantitativa de los tensioactivos es la actividad superficial [K 1]  , la capacidad de una sustancia para reducir la tensión superficial en el límite de fase; esta es la derivada de la tensión superficial con respecto a la concentración de tensioactivo cuando C tiende a cero. Sin embargo, el tensioactivo tiene un límite de solubilidad (la llamada concentración micelar crítica , o CMC), al alcanzar el cual, tras la adición adicional del tensioactivo a la solución, su concentración en el límite de fase permanece constante, pero al mismo tiempo, se produce la autoorganización de las moléculas de tensioactivo en la solución a granel (formación de micelas o agregación). Como resultado de esta agregación, se forman las denominadas micelas. Una característica distintiva de la formación de micelas es la turbidez de la solución de surfactante. Las soluciones acuosas de tensioactivos también adquieren una tonalidad azulada (gelatinosa) debido a la refracción de la luz por las micelas ( opalescencia ).

Métodos para determinar la CMC:

• método de tensión superficial;
• método de medición del ángulo de contacto (ángulo de contacto) con una superficie sólida o líquida ( ángulo de contacto );
• método spindrop ( spindrop, spinning drop );

La estructura de los tensioactivos

Por regla general, los tensioactivos son compuestos orgánicos que tienen una estructura anfifílica , es decir, sus moléculas contienen una parte polar, un componente hidrofílico (grupos funcionales -OH, -COOH, -SOOOH, -O-, etc., o, más a menudo, sus sales -ONa, -COONa, -SOOONa, etc.) y parte no polar (hidrocarburo), componente hidrófoba . Los tensioactivos pueden servir como jabón común (una mezcla de sales de sodio de ácidos carboxílicos grasos - oleato , estearato de sodio , etc.) y SMS (detergentes sintéticos), así como alcoholes , ácidos carboxílicos , aminas , etc.

Clasificación de los tensioactivos

• Surfactantes iónicos
  • Surfactantes catiónicos
  • Surfactantes aniónicos
  • Tensioactivos anfóteros

• Surfactantes no iónicos
  • Poliglucósidos de alquilo
  • Alquilpolietoxilatos

Producción de tensioactivos a partir de alcoholes grasos superiores

La materia prima más importante en la producción de tensioactivos modernos para detergentes sintéticos son los alcoholes grasos superiores , que, dependiendo del reactivo, dan tensioactivos no iónicos o aniónicos , como se ilustra en el siguiente diagrama [2] :[p. 5] .

El volumen mundial de uso de alcoholes grasos superiores en la producción de tensioactivos en el año 2000 ascendió a 1,68 millones de toneladas [2] :[p. 6] . En 2003, se produjeron alrededor de 2,5 millones de toneladas de tensioactivos a base de alcoholes grasos superiores [3] .

El uso de alcoholes grasos superiores para la producción de tensioactivos

Clase de surfactante	Tipo de tensioactivo	Fórmula química	Reactivo para síntesis	esquema de síntesis	Fuentes
Surfactantes no iónicos	etoxilatos	R−O−(CH 2 CH 2 O) n H	óxido de etileno	[K 2] ROH + n(CH 2 CH 2 )O → RO−(CH 2 CH 2 O) n H La reacción transcurre en presencia de álcali a temperaturas de hasta 160°C y presiones de hasta 0,55 MPa. Por lo general, use alcoholes C 9 -C 15 en combinación con 6-7 moles de óxido de etileno.	[4] :[pág. 31, 35] [2] :[pág. 137-139]
	propoxilatos	R−O−(CH 2 CH(CH 3 )O) n H	óxido de propileno
	butoxilatos	R−O−(CH 2 CH(C 2 H 5 )O) n H	óxido de butileno
	Glucósidos de alquilo	R−(O−C 6 H 10 O 5 ) norte H	glucosa	ROH + nC 6 C 12 O 6 → R−(O−C 6 H 10 O 5 ) n H+nH 2 O La reacción transcurre en presencia de ácidos sulfónicos a temperaturas de hasta 140°C. Otra opción es la preparación preliminar de éteres de butilo seguida de transesterificación. El número de grupos glucosídicos varía de 1 a 3.	[4] :[pág. 38] [2] :[pág. 149]
Surfactantes aniónicos	carboxietoxilatos	R−O−(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH	ácido cloroacético	RO(CH 2 CH 2 O) n H + ClCH 2 COOH → RO(CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH + HCl La reacción transcurre en presencia de álcali, el ácido se aísla por acidificación de la solución acuosa y separación de la fase salina acuosa.	[4] :[pág. 40] [2] :[pág. 126-127]
	Fosfatos y polifosfatos	ROP(OH) 2O ; (RO) 2 P(OH)O	óxido de fósforo (V)	3ROH + P 2 O 5 → ROP(OH) 2 O + (RO) 2 P(OH)O Adición de óxido de fósforo en polvo a alcoholes anhidros en un medio anhidro a 50-70°C con agitación vigorosa [K 3] .	[4] :[pág. 54] [2] :[pág. 122-123]
	Sulfosuccinatos	ROC(O)CH2CH ( SO3Na ) COOH; ROC(O)CH 2 CH(SO 3 Na)COOR	anhídrido maleico , sulfito de sodio	ROH + (COCH=CHCO)O → ROC(O)CH=CHCOOH ROC(O)CH=CHCOOH + Na 2 SO 3 → ROC(O)CH 2 CH(SO 3 Na)COONa Eterificación de alcoholes con anhídrido maleico (T hasta 100 °C) y posterior adición al éter de sulfito de sodio mediante calentamiento.	[4] :[pág. 52-53] [5]
	Sulfatos de alquilo	R−O−SO 3 H [K 4]	ácido sulfúrico , óxido de azufre (VI) , ácido clorosulfónico	ROH + SO 3 → ROSO 3 H Sulfonación directa de alcoholes con posterior neutralización de la solución con álcali.	[4] :[pág. 55-56] [5]
	Sulfatos de éter de alquilo	R−(CH 2 CH 2 O) n OSO 3 H

Algunos otros alcoholes también se utilizan en la producción de tensioactivos: glicerol (ésteres con ácidos grasos - emulsionantes ), sorbitol ( sorbitanes ), monoetanolamina y dietanolamina ( alcanolamidas ).

Efecto de los tensioactivos sobre los componentes ambientales

Los tensioactivos se dividen en los que se destruyen rápidamente en el medio ambiente y los que no se destruyen y pueden acumularse en los organismos en concentraciones inaceptables. Uno de los principales efectos negativos de los tensioactivos en el medio ambiente es la disminución de la tensión superficial . Por ejemplo, en el océano, un cambio en la tensión superficial conduce a una disminución en la retención de CO 2 y oxígeno en el cuerpo de agua. Solo unos pocos tensioactivos se consideran seguros (alquilpoliglucósidos), ya que sus productos de degradación son carbohidratos . Sin embargo, cuando los tensioactivos se adsorben en la superficie de las partículas de tierra/arena, el grado/velocidad de su degradación se reduce muchas veces. Dado que casi todos los tensioactivos utilizados en la industria y los hogares tienen una adsorción positiva en partículas de tierra, arena, arcilla, en condiciones normales pueden liberar (desorber) iones de metales pesados ​​retenidos por estas partículas y, por lo tanto, aumentar el riesgo de que estas sustancias entren en el cuerpo humano. organismo.

Aplicaciones

• detergentes _ El principal uso de los tensioactivos es como componente activo de detergentes y limpiadores (incluidos los utilizados para la descontaminación ), jabones , para el cuidado de locales, vajilla, ropa, cosas, automóviles, etc. En 2007 se produjeron más de 1 millón de toneladas en Rusia detergentes sintéticos, principalmente detergentes para ropa. Actualmente, el tensioactivo más común en los detergentes sintéticos es el benzosulfonato de alquilo. El grupo de tensioactivos aniónicos también incluye alcanosulfonato (SAS), alquilsulfato (FAS) y alquilsulfato volátil (FAES). FAS puede derivarse de fuentes vegetales como el aceite de colza o el aceite de coco . En los tensioactivos catiónicos , el grupo hidrofílico está representado por un grupo que contiene nitrógeno cargado positivamente. El ion de cloro o sulfato de metilo actúa como un contrapeso cargado negativamente . Estos tensioactivos se utilizan de forma especialmente activa en los detergentes sintéticos para el lavado "suave", ya que desempeñan el papel de lubricante. Los tensioactivos no iónicos no crean iones en soluciones acuosas y por lo tanto tienen importantes ventajas: son completamente inmunes a la dureza del agua, muestran una alta eficacia incluso a bajas concentraciones y bajas temperaturas de lavado, no forman mucha espuma y evitan que la ropa se oscurezca . La saponina, obtenida de la saponaria o del lavado de nueces (Waschnussen), pertenece a los tensioactivos no iónicos. Otro ejemplo de un tensioactivo no iónico es el poliglucósido de alquilo de azúcar (APG), que se deriva de materias primas renovables como el maíz, la caña de azúcar y el coco. APG es biodegradable y tiene una excelente compatibilidad con la piel. Son estos tensioactivos los que se utilizan en los detergentes naturales para ropa.
• La ciencia. Los surfactantes son ampliamente utilizados en investigación, por ejemplo, en biología para la destrucción de membranas celulares con el fin de aislar componentes celulares ( proteínas , cromatina , ARN ) para su análisis directo ( western blot , PCR cuantitativa ) o uso en otros experimentos ( inmunoprecipitación de complejos proteicos (Co-IP, cromatina (ChIP) , RNA (RIP), etc.).
• Productos cosméticos. El principal uso de los tensioactivos en cosmética son los champús, donde el contenido de tensioactivos puede alcanzar decenas de por ciento del volumen total. Los surfactantes también se usan en pequeñas cantidades en pastas dentales, lociones, tónicos y otros productos.
• Industria textil. Los surfactantes se utilizan principalmente para eliminar la electricidad estática de las fibras sintéticas .
• industria del cuero. Protección de productos de cuero contra daños leves y adherencia.
• Industria de la pintura. Los surfactantes se utilizan para reducir la tensión superficial , lo que asegura que el material de pintura penetre fácilmente en pequeñas depresiones en la superficie tratada y las rellene mientras desplaza otra sustancia (por ejemplo, agua) desde allí.
• Industria del papel. Los surfactantes se utilizan para separar la tinta de la pulpa en el reciclaje de papel. Las moléculas de surfactante, al ser adsorbidas en el pigmento de la tinta , lo hacen hidrofóbico. A continuación, el aire pasa a través de una solución de pigmento y celulosa. Las burbujas de aire se adsorben en la parte hidrofóbica del surfactante y las partículas de pigmento flotan en la superficie (ver flotación ).
• Metalurgia. Las emulsiones de surfactantes se utilizan para lubricar los trenes de laminación y reducir la fricción. Soportar altas temperaturas a las que se quema el aceite.
• Plan de proteccion. Los surfactantes se usan ampliamente en agronomía y agricultura para formar emulsiones de pesticidas. También se utilizan para aumentar la eficiencia del transporte de nutrientes a las plantas a través de las paredes de la membrana de sus células (ver alimentación foliar ).
• Industria de alimentos. Surfactantes en forma de emulsionantes (por ejemplo, lecitina ) se agregan para mejorar la calidad de los helados, chocolate , crema batida, salsas, galletas y otros platos.
• Producción de petróleo. Los surfactantes se utilizan para hidrofobizar la zona de formación de fondo de pozo (BFZ) a fin de aumentar la recuperación de petróleo .
• Construcción. surfactante , llamados plastificantes , se agregan a las mezclas de cemento y arena y hormigones para reducir su demanda de agua manteniendo la movilidad. Esto aumenta la resistencia final (grado) del material endurecido, su densidad, resistencia a las heladas y al agua.
• La medicina. Los tensioactivos catiónicos y aniónicos se utilizan en cirugía como antisépticos. Por ejemplo, las bases de amonio cuaternario son aproximadamente 300 veces más efectivas que el fenol en términos de acción destructiva contra los microorganismos. La acción antimicrobiana de los tensioactivos está asociada a su efecto sobre la permeabilidad de las membranas celulares, así como al efecto inhibidor sobre los sistemas enzimáticos de los microorganismos. Los tensioactivos no iónicos prácticamente no tienen actividad antimicrobiana.
• Ingeniería de energía térmica. Los surfactantes se utilizan para tratar las superficies funcionales de los sistemas de suministro de calor, así como las superficies de trabajo de los equipos de intercambio de calor para aumentar la hidrofobicidad y aumentar el ángulo de contacto de la humectación, lo que conduce a una serie de efectos positivos, tales como: una disminución múltiple de la tasa de procesos de corrosión; reducción de la resistencia hidráulica; eliminación de depósitos acumulados de las superficies de equipos y tuberías y prevención de la formación de nuevos depósitos. [6]

Volumen de producción

En 2008, la producción anual de tensioactivos ascendió a 13 millones de toneladas [7] . En 2012, el tamaño del mercado de surfactantes fue de 26,8 mil millones de dólares, para 2016 se espera que crezca a 31 mil millones, y para 2020, hasta 36 mil millones [8] .

Surfactantes asociados

Los cotensioactivos no se utilizan sin el tensioactivo principal. Pueden tener funciones adicionales como solubilizar, reducir la carga eléctrica estática (pelo, tejido), estabilizar los componentes gelificantes, potenciar o, por el contrario, suprimir la formación de espuma, estabilizar la espuma, etc. Un ejemplo de cotensioactivo : glucósido de caprilo.

Véase también

• Jabón
• Surfactante
• Surfactante anfótero
• Dispersantes de jabón de calcio
• neonol
• Sintanol
• Sulfonol
• catapin
• cocamidopropil betaína

Notas

1. ↑ Acción detergente // Gran Enciclopedia Rusa. Tomo 21. - M. , 2012. - S. 360-361.
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 Química y tecnología de los tensioactivos / Editado por Richard J. Farn. - Blackwell Publishing Ltd, 2006. - 315 p. — ISBN 978-14051-2696-0 .
3. ↑ Dierker M., Schäfer HJ Surfactantes de ácido oleico, erúcico y petroselínico: Síntesis y propiedades  //  European Journal of Lipid Science and Technology. - 2010. - Vol. 112 , núm. 1 . — Pág. 122 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Lange K. R. Surfactantes: síntesis, propiedades, análisis, aplicación = Surfactantes. Un manual práctico / Per. De inglés. - San Petersburgo. : "Profesión", 2004. - 240 p. — ISBN 5-93913-068-2 .
5. ↑ 1 2 Pletnev M. Yu. Detergentes cosméticos e higiénicos // . - Química. - M. , 1990. - S. 17-20. — ISBN 5-7245-0275-5 .
6. ↑ [www.src-w.ru Centro de investigación "Resistencia al desgaste" NRU "MPEI"] . (indefinido)
7. ↑ Kosaric, Naim; Sukan, Fazilet Vardar. Biosurfactantes: Producción y Utilización—Procesos, Tecnologías y  Economía . - Prensa CRC , 2014. - Pág. 153. - ISBN 9781466596702 .
8. ^ Mercado global de tensioactivos: Acmite Market Intelligence . Consultado el 2 de diciembre de 2015. Archivado desde el original el 22 de diciembre de 2015. (indefinido)

Comentarios

1. ↑ No debe confundirse con Actividad de superficie (radio) .
2. ↑ Se da un esquema para el óxido de etileno, como el reactivo más común para la síntesis de alcoxilatos.
3. ↑ En lugar de óxido de fósforo, también se utilizan ácidos polifosfóricos y etoxilatos de alcohol como productos de partida.
4. ↑ Por lo general, no se utilizan ácidos sulfónicos en sí mismos, sino sales de amonio o sodio, por ejemplo: lauril sulfato de sodio .

Literatura

• Surfactantes // Gran Enciclopedia Rusa. Tomo 26. - M. , 2014. - S. 487.
• Abramzon A. A., Gaevoy G. M. (ed.) Surfactantes. - L.: Química, 1979. - 376 p.
• Pletnev M. Yu. (ed.) Surfactantes y composiciones. Directorio. - M .: Editorial "Cosmética y Medicina", 2002. - 752 p.
• Parshikova TV Surfactants como factor en la regulación del desarrollo de algas. - Kyiv: Phytosociocenter, 2004. - 276 p. (en ucraniano) ISBN 966-306-083-8 (erróneo) .
• Parshikova, T.S. Participación de los tensioactivos en la regulación del desarrollo de algas microscópicas // Journal of Hydrobiology. - 2003. - T. 39, N° 1. - S. 64–70. — ISSN 0375-8990 .
• Ostroumov S. A. Efectos biológicos bajo la influencia de sustancias tensoactivas en los organismos. — M.: MAKS-Press, 2001. — 334 p. ISBN 5-317-00323-7 .
• Stavskaya S. S., Udod V. M., Taranova L. A., Krivets I. A. Purificación microbiológica del agua a partir de sustancias tensioactivas. - Kyiv: Nauk. Dumka, 1988. - 184 págs. ISBN 5-12-000245-5 .
• Emulsionantes alimentarios y su aplicación: [traducido del inglés. V. D. Shirokov] / Ed. J. Hasenhüttl, R. Gartel. - San Petersburgo: Profesión, 2008. - 288 p.
• Fracaso, L.K. Aplicación de sustancias tensoactivas en el análisis  : [ arch. 27 de enero de 2018 ] : [entrenamiento. subsidio] / L. K. Neudachina, Yu. S. Petrova. - Ekaterimburgo: Ural University Press, 2017. - 76 p. - CDU  543 (075.8) . — ISBN 978-5-7996-2021-9 .

diccionarios y enciclopedias	Gran catalán gran chino Britannica (en línea)
En catálogos bibliográficos	BNF : 11950036w J9U : 987007551148305171 LCCN : sh85130716 NDL : 00564605 NKC : ph126537 , ph124455