Clasificación de los tensioactivos y sus aplicaciones

alicja_kapiszka
Autor
mgr inż. Alicja Kapiszka
19.02.2024
Clasificación de los tensioactivos y sus aplicaciones
Resumen
Índice
  • Los tensioactivos se utilizan en muchas industrias diferentes: cosmética, alimentaria, metalúrgica, farmacéutica, pinturas y barnices y muchas otras aplicaciones.
  • Se dividen en cuatro grupos principales: tensioactivos no iónicos, aniónicos, catiónicos y anfóteros. Cada uno se caracteriza por propiedades diferentes.
  • Las principales aplicaciones de los tensioactivos son como emulsionantes, dispersantes, solubilizantes, detergentes, suavizantes, detergentes para ropa y bactericidas.

Los tensioactivos (ZPC o SPC) se encuentran habitualmente en nuestro entorno: se incluyen sobre todo en productos de limpieza y cosméticos. ¿Cuáles son las características de este grupo de compuestos químicos? ¿Cuál es su clasificación y para qué podemos utilizar los distintos tipos de tensioactivos?

¿Qué son los tensioactivos?

Los tensioactivos, también conocidos como surfactantes o SAA (Surface Active Agents), son sustancias químicas cuya principal característica es reducir la tensión superficial o interfacial en la interfase entre diferentes sustancias. Esta acción se debe a la estructura específica de las moléculas de los tensioactivos: tienen una parte polar (hidrófila, «cabeza» soluble en agua) y una parte no polar (hidrófoba, «cola» insoluble en agua). La parte polar suele ser un residuo ácido, mientras que la parte no polar es una sal orgánica.

Las siguientes propiedades son importantes en el contexto de los tensioactivos y sus aplicaciones:

  • alta solubilidad en muchas sustancias o mezclas de sustancias,
  • capacidad para formar emulsiones y micelas,
  • fuertes propiedades adsorbentes,
  • toxicidad para los microorganismos,
  • susceptibilidad a la quimio o biodegradación, lo que reduce su nocividad para el medio ambiente.

¿Qué papel desempeñan los tensioactivos?

Los tensioactivos tienen diversas funciones gracias a sus propiedades específicas. Pueden utilizarse como agentes espumantes, agentes de lavado, emulsionantes, solubilizantes, así como agentes humectantes y dispersantes. También tienen propiedades adsorbentes, antiaglomerantes, antiestáticas y suavizantes.

En el contexto del uso de tensioactivos, es importante el concepto de índice de equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB), que habla del equilibrio hidrófilo-hidrófobo. Cuanto mayor es el valor HLB, más hidrófilo y mejor hidrosoluble es un compuesto, y cuanto menor es el valor HLB, más hidrófobo y mejor hidrosoluble es. Los compuestos con un alto HLB se utilizan normalmente como solubilizantes y agentes de lavado, mientras que los que tienen un valor HLB más bajo se emplean como agentes humectantes, de recubrimiento y antiespumantes.

Los tensioactivos también se utilizan para producir coloides, espumas y emulsiones. Una emulsión es un sistema compuesto por dos líquidos que no se mezclan. Se trata de una mezcla aparentemente homogénea formada por gotitas de una sustancia suspendidas en la otra. Dependiendo del medio y del tipo de emulsión deseada, pueden utilizarse como emulsionantes tensioactivos con distintos valores HLB. La tienda Foodcom ofrece muchos tipos de tensioactivos con diferentes aplicaciones.

Los tensioactivos también se encuentran en la naturaleza. En los pulmones, estos compuestos, formados por lipoproteínas, reducen la tensión en los alvéolos, lo que les permite funcionar correctamente.

Clasificación de los tensioactivos

Los tensioactivos suelen dividirse en función de su estructura química. También se puede distinguir entre compuestos derivados de fuentes renovables o no renovables, compuestos fácilmente degradables o difíciles/no degradables, y también se pueden dividir según sus posibles aplicaciones. A veces, también se hace una clasificación según la estructura y el número de partes hidrófilas y la estructura de las cadenas que las unen.

A continuación se presenta la clasificación más utilizada: por estructura química. Los tensioactivos se dividen en iónicos y no iónicos, de los cuales los iónicos se subdividen a su vez en: aniónicos, catiónicos y anfóteros. Esta clasificación crea los cuatro grupos básicos de tensioactivos que se describen a continuación.

Tensioactivos aniónicos

Los tensioactivos aniónicos tienen una parte aniónica hidrófila, es decir, una carga negativa. Debido a su buena biodegradabilidad, son los tensioactivos más utilizados.

Existen seis subgrupos, incluidos los compuestos con dos o tres grupos hidrófilos en la molécula. Según el subgrupo, los tensioactivos aniónicos pueden tener las siguientes propiedades: humectación, formación de espuma, lavado, dispersión.

Algunos ejemplos de tensioactivos aniónicos son: sal sódica de sulfato de 2-etilhexanol, sal sódica de alcohol decílico sulfatado, sal sódica de ácido alquilbencenosulfónico, laurilsulfato sódico. Aparecen en la composición de los cosméticos bajo abreviaturas como SLS o SLES.

Estas sustancias pueden utilizarse como ingredientes de jabones, detergentes en polvo y otros productos de limpieza, lavado y lavandería. Pueden presentar propiedades irritantes, por lo que a menudo se combinan con otros tensioactivos para mitigar sus efectos.

Tensioactivos catiónicos

Los tensioactivos catiónicos tienen una parte catiónica hidrófila, es decir, una carga positiva. Se utilizan con menos frecuencia debido a su menor biodegradabilidad y, por tanto, mayor daño medioambiental.

Los más comunes son los tensioactivos catiónicos basados en sales de amonio cuaternario. Otros ejemplos son los cloruros de benzalconio y el bromuro de cetiltrimetilamonio.

Los tensioactivos catiónicos tienen escasas propiedades espumantes y de lavado, pero pueden utilizarse como espesantes, emulsionantes, dispersantes, así como compuestos biocidas y antiestáticos. A menudo se encuentran en la formulación de productos capilares, como acondicionadores y champús, para ayudar con la estática del cabello. También pueden tener un efecto suavizante, acondicionador y desinfectante y bactericida.

Tensioactivos anfóteros

Los tensioactivos anfóteros tienen un grupo hidrófilo con carga positiva y negativa. La forma que adopta el compuesto depende del pH de la solución en la que se encuentra.

Algunos ejemplos de tensioactivos anfóteros son los derivados de la betaína (una sustancia con muchos usos, como el aumento de la producción de ácido clorhídrico gástrico): las alquilbetainas, las sulfanobetainas y las alquilamidobetainas, que tienen propiedades desodorizantes y bactericidas.

De los grupos mencionados, los tensioactivos anfóteros son los menos nocivos, y también reducen el efecto irritante de otros tensioactivos. Hacen buena espuma y tienen excelentes propiedades espesantes y alta solubilidad en agua. Son un ingrediente de champús para bebés, preparados para la higiene íntima y productos para la limpieza de coches.

Tensioactivos no iónicos

Los tensioactivos no iónicos tienen una parte hidrófila no iónica. Se caracterizan por una buena biodegradabilidad. Pueden tener distintas propiedades, por lo que se utilizan en una amplia gama de industrias: química, textil, metalúrgica y cosmética.

Suelen tener buenas propiedades emulsionantes y humectantes y también sirven como buenos detergentes. En cosmetología, se utilizan en la fabricación de champús y limpiadores, y a menudo se encuentran junto con tensioactivos aniónicos para reducir su efecto irritante.

Un ejemplo de este tipo de compuestos es el Polisorbato 20, que se utiliza como emulsionante en las industrias cosmética y farmacéutica. Su finalidad es mejorar la textura y estabilidad de cosméticos como cremas, desodorantes, aceites para bebés y productos para el cuidado del cabello.

Producción de tensioactivos

Históricamente, los tensioactivos sólo se han producido a partir de materias primas petroquímicas. La creciente preocupación por el medio ambiente y las iniciativas mundiales para reducir las emisiones de CO2 han hecho que en la actualidad se deriven principalmente de hidrocarburos y ácidos grasos de origen vegetal. También es posible producir biosurfactantes, es decir, tensioactivos producidos con microorganismos mediante procesos biotecnológicos.

Ejemplos del uso de tensioactivos de origen vegetal son los líquidos lavavajillas y los aditivos herbicidas a base de aceite de colza.

Aplicaciones de los tensioactivos

Los tensioactivos se han introducido en muchas aplicaciones industriales y domésticas. A continuación se describen los usos más comunes de los tensioactivos.

Industria cosmética

Las propiedades espumantes, dispersantes y emulsionantes de los tensioactivos son de gran importancia en la industria cosmética. Se utilizan en champús y limpiadores, permitiendo la eliminación eficaz de diversas impurezas de la superficie corporal o capilar. También se utilizan como emulsionantes en cosméticos. Debido a sus propiedades bioestáticas y biocidas, también se utilizan para proteger los preparados cosméticos de los microorganismos. Los tensioactivos para cosméticos están disponibles en la tienda Foodcom.

Productos químicos de uso doméstico

En la industria química doméstica, los tensioactivos actúan como detergentes. Se utilizan como agentes de lavado, detergentes y limpieza, así como agentes espesantes y suavizantes. También protegen contra los microorganismos.

Industria metalúrgica y petrolera

Los tensioactivos también se utilizan en la industria petrolera: en las operaciones de los campos petrolíferos y en la desalinización del petróleo, como agente desemulsionante. También son aditivos de los productos derivados del petróleo. En la metalurgia, por su parte, se utilizan para limpiar superficies metálicas.

Otras aplicaciones

Además de éstas, los tensioactivos tienen otras aplicaciones industriales. En la industria textil, se utilizan como agentes humectantes, lavantes, emulsionantes y dispersantes, así como agentes auxiliares para el suavizado y teñido de tejidos. En la industria alimentaria, se utilizan como emulsionantes, estabilizantes y espumantes. En microelectrónica, se utilizan en la producción de materiales semiconductores y partículas magnéticas, y en la industria del automóvil para la fabricación de champús para coches y formulaciones antievaporación. También se utilizan en la producción de pinturas, barnices, conservantes antimicrobianos de la madera y como ingredientes de pesticidas.

¿Los tensioactivos ablandan el agua dura?

Los tensioactivos tienen un efecto suavizante. Ablandan el agua dura adsorbiendo las partículas que contiene, lo que hace que la superficie lavada esté más húmeda y que las partículas de suciedad se disuelvan más fácilmente en el agua. Sin embargo, el agua dura provoca un mayor consumo de los tensioactivos utilizados como detergentes: la cantidad de tensioactivos necesaria para conseguir una espuma y un efecto de lavado o detergente adecuados es mayor que cuando se utiliza agua blanda. Por este motivo, los fabricantes de detergentes en polvo, detergentes y detergentes suelen utilizar aditivos en forma de ablandadores de agua, como una solución salina sódica de copolímeros de acrilato-maleato o zeolitas.

Nocividad de los tensioactivos

Debido a las propiedades de los tensioactivos y a su alta solubilidad en diversos medios, los compuestos que no se han degradado completamente pueden circular libremente por la naturaleza. Se detectan tanto en las aguas residuales y tratadas como en las aguas subterráneas y superficiales, así como en los suelos, desde donde acaban en las plantas y los organismos vivos. Los tensioactivos se acumulan fácilmente en los organismos, lo que puede dar lugar al peligroso fenómeno de la bioconcentración.

Los tensioactivos también pueden tener un efecto irritante sobre la piel humana. Esto es especialmente cierto en el caso de los preparados que contienen cantidades significativas de tensioactivos, como los productos químicos de uso doméstico. La exposición a tales compuestos puede provocar irritación y reacciones alérgicas. Los tensioactivos contenidos en cosméticos y limpiadores corporales pertenecen al grupo de tensioactivos suaves para la piel.

Los tensioactivos se utilizan en muchas industrias diferentes. A la hora de elegir el compuesto adecuado, es importante tener en cuenta sus propiedades, el pH del producto, el índice HLB y la CMC, que informa sobre la capacidad del tensioactivo para formar micelas. También es importante tener en cuenta los efectos secundarios del compuesto, sus efectos irritantes y los posibles aditivos para mitigar estos efectos negativos. Hoy en día, también es crucial cuidar el medio ambiente, por lo que es bueno elegir compuestos de origen vegetal o microbiano y fácilmente biodegradables para su producción.

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