Classificazione dei tensioattivi e loro applicazioni

alicja_kapiszka
Autore
mgr inż. Alicja Kapiszka
19.02.2024
Classificazione dei tensioattivi e loro applicazioni
Sintesi
Indice
  • I tensioattivi sono utilizzati in molti settori diversi: cosmetico, alimentare, metallurgico, farmaceutico, pitture e vernici e molte altre applicazioni.
  • Si dividono in quattro gruppi principali: tensioattivi non ionici, anionici, cationici e anfoteri. Ognuno di essi è caratterizzato da proprietà diverse.
  • Le principali applicazioni dei tensioattivi sono emulsionanti, disperdenti, solubilizzanti, detergenti, ammorbidenti, detersivi, detergenti per bucato e battericidi.

I tensioattivi (ZPC o SPC) sono comunemente presenti nell’ambiente in cui viviamo, soprattutto nei prodotti per la pulizia e nei cosmetici. Quali sono le caratteristiche di questo gruppo di composti chimici? Qual è la loro classificazione e per cosa possiamo utilizzare i diversi tipi di tensioattivi?

Cosa sono i tensioattivi?

I tensioattivi, altrimenti noti come tensioattivi o SAA (Surface Active Agents), sono sostanze chimiche la cui caratteristica principale è quella di ridurre la tensione superficiale o interfacciale all’interfaccia tra sostanze diverse. Questa azione è dovuta alla struttura specifica delle molecole dei tensioattivi, che presentano una parte polare (la “testa” idrofila, solubile in acqua) e una parte non polare (la “coda” idrofoba, insolubile in acqua). La parte polare è solitamente un residuo acido, mentre la parte non polare è un sale organico.

Le seguenti proprietà sono importanti nel contesto dei tensioattivi e delle loro applicazioni:

  • elevata solubilità in molte sostanze o miscele di sostanze,
  • capacità di formare emulsioni e micelle,
  • forti proprietà adsorbenti,
  • tossicità per i microrganismi,
  • suscettibilità alla chemioterapia o alla biodegradazione, che ne riduce la nocività per l’ambiente.

Quale ruolo svolgono i tensioattivi?

I tensioattivi svolgono diverse funzioni grazie alle loro proprietà specifiche. Possono essere utilizzati come agenti schiumogeni, agenti lavanti, emulsionanti, solubilizzanti, nonché come agenti bagnanti e disperdenti. Hanno anche proprietà adsorbenti, antiagglomeranti, antistatiche e ammorbidenti.

Nel contesto dell’uso dei tensioattivi, è importante il concetto di indice HLB (Hydrophile-Lipophile Balance), che parla di equilibrio idrofilo-idrofobico. Più alto è il valore HLB, più idrofilo e meglio solubile in acqua è un composto, mentre più basso è il valore HLB, più idrofobico e meglio solubile in olio è un composto. I composti con un elevato HLB sono tipicamente utilizzati come solubilizzanti e agenti lavanti, mentre quelli con un valore HLB più basso sono utilizzati come agenti umettanti, di rivestimento e antischiuma.

I tensioattivi sono utilizzati anche per produrre colloidi, schiume ed emulsioni. Un’emulsione è un sistema composto da due liquidi che non si mescolano. Una miscela apparentemente omogenea è costituita da goccioline di una sostanza sospese nell’altra. A seconda del mezzo e del tipo di emulsione desiderata, è possibile utilizzare come emulsionanti tensioattivi con diversi valori HLB. Il negozio Foodcom offre molti tipi di tensioattivi con applicazioni diverse.

I tensioattivi sono presenti anche in natura. Nei polmoni, questi composti, costituiti da lipoproteine, riducono la tensione negli alveoli, consentendo loro di funzionare correttamente.

Classificazione dei tensioattivi

I tensioattivi vengono solitamente suddivisi in base alla loro struttura chimica. Si può anche fare una distinzione tra composti derivati da fonti rinnovabili o non rinnovabili, composti facilmente degradabili o difficili/non degradabili, e possono anche essere suddivisi in base alle loro possibili applicazioni. A volte, la classificazione viene fatta anche in base alla struttura e al numero di parti idrofile e alla struttura delle catene che le collegano.

Di seguito viene riportata la classificazione più comunemente utilizzata: in base alla struttura chimica. I tensioattivi si dividono in ionici e non ionici, di cui gli ionici sono ulteriormente suddivisi in: anionici, cationici e anfoteri. Questa classificazione crea i quattro gruppi fondamentali di tensioattivi descritti di seguito.

Tensioattivi anionici

I tensioattivi anionici hanno una parte idrofila anionica, cioè una carica negativa. Grazie alla loro buona biodegradabilità, sono i tensioattivi più comunemente utilizzati.

Esistono sei sottogruppi, compresi i composti con due o tre gruppi idrofili nella molecola. A seconda del sottogruppo, i tensioattivi anionici possono avere le seguenti proprietà: bagnare, schiumare, lavare, disperdere.

Esempi di tensioattivi anionici sono: sale di sodio del 2-etilesanolo solfato, sale di sodio dell’alcol decilico solfato, sale di sodio dell’acido alchilbenzensolfonico, sodio laurilsolfato. Nella composizione dei cosmetici compaiono con abbreviazioni come SLS o SLES.

Queste sostanze possono essere utilizzate come ingredienti di saponi, detersivi e altri prodotti per la pulizia, il lavaggio e il bucato. Possono avere proprietà irritanti e sono quindi spesso combinati con altri tensioattivi per attenuarne gli effetti.

Tensioattivi cationici

I tensioattivi cationici hanno una parte idrofila cationica, cioè una carica positiva. Sono utilizzati meno frequentemente a causa della loro scarsa biodegradabilità e quindi del maggiore danno ambientale.

I più comuni sono i tensioattivi cationici a base di sali di ammonio quaternario. Altri esempi sono i cloruri di benzalconio e il bromuro di cetiltrimetilammonio.

I tensioattivi cationici hanno scarse proprietà schiumogene e lavanti, ma possono essere utilizzati come addensanti, emulsionanti, disperdenti, nonché come composti biocidi e antistatici. Si trovano spesso nella formulazione di prodotti per capelli, ad esempio balsami e shampoo, per aiutare la statica dei capelli. Possono anche avere un effetto lisciante, condizionante, disinfettante e battericida.

Tensioattivi anfoteri

I tensioattivi anfoteri hanno un gruppo idrofilo con carica sia positiva che negativa. La forma che assume il composto dipende dal pH della soluzione in cui si trova.

Tra gli esempi di tensioattivi anfoteri vi sono i derivati della betaina (una sostanza dai molteplici usi, tra cui l’aumento della produzione di acido cloridrico a livello gastrico): alchilbetaine, betaine sulfane e alchilamidobetaine, che hanno proprietà deodoranti e battericide.
Tra i gruppi citati, i tensioattivi anfoteri sono i meno dannosi e riducono l’effetto irritante di altri tensioattivi. Fanno una buona schiuma, hanno eccellenti proprietà addensanti e un’elevata solubilità in acqua. Sono un ingrediente degli shampoo per bambini, dei preparati per l’igiene intima e dei prodotti per la pulizia delle auto.

Tensioattivi non ionici

I tensioattivi non ionici hanno una parte idrofila non ionica. Sono caratterizzati da una buona biodegradabilità. Possono avere proprietà diverse e sono quindi utilizzati in un’ampia gamma di settori: chimico, tessile, metallurgico e cosmetico.

Di solito hanno buone proprietà emulsionanti e bagnanti e fungono anche da buoni detergenti. In cosmetologia, sono utilizzati nella produzione di shampoo e detergenti e spesso si trovano insieme a tensioattivi anionici per ridurne l’effetto irritante.

Un esempio di tale composto è il Polisorbato 20, utilizzato come emulsionante nell’industria cosmetica e farmaceutica. Il suo scopo è quello di migliorare la consistenza e la stabilità di cosmetici come creme, deodoranti, oli per bambini e prodotti per la cura dei capelli.

Produzione di tensioattivi

Storicamente, i tensioattivi sono stati prodotti solo da materie prime petrolchimiche. L’aumento delle preoccupazioni ambientali e le iniziative globali per ridurre le emissioni di CO2 hanno fatto sì che oggi i tensioattivi siano principalmente derivati da idrocarburi e acidi grassi di origine vegetale. È anche possibile produrre biosurfattanti, cioè tensioattivi prodotti con microrganismi attraverso processi biotecnologici.

Esempi di utilizzo di tensioattivi di origine vegetale sono i detersivi per piatti e gli additivi erbicidi a base di olio di colza.

Applicazioni dei tensioattivi

I tensioattivi sono stati utilizzati in molte applicazioni industriali e domestiche. Di seguito vengono illustrati gli usi più comuni dei tensioattivi.

Industria cosmetica

Le proprietà schiumogene, disperdenti ed emulsionanti dei tensioattivi sono di grande importanza nell’industria cosmetica. Vengono utilizzati negli shampoo e nei detergenti, consentendo l’efficace rimozione di varie impurità dalla superficie del corpo o dei capelli. Sono utilizzati anche come emulsionanti nei cosmetici. Grazie alle loro proprietà biostatiche e biocide, vengono utilizzati anche per proteggere i preparati cosmetici dai microrganismi. I tensioattivi per cosmetici sono disponibili nel negozio Foodcom.

Prodotti chimici per la casa

Nell’industria dei prodotti chimici per la casa, i tensioattivi agiscono come detergenti. Sono utilizzati come agenti di lavaggio, detergenti e pulizia, nonché come agenti addensanti e ammorbidenti. Proteggono inoltre dai microrganismi.

Industria metallurgica e petrolifera

I tensioattivi sono utilizzati anche nell’industria petrolifera, nelle operazioni sui campi petroliferi e nella desalinizzazione del petrolio, come agenti deemulsionanti. Sono anche additivi per i prodotti petroliferi. In metallurgia, invece, vengono utilizzati per pulire le superfici metalliche.

Altre applicazioni

Oltre a queste, i tensioattivi hanno una serie di altre applicazioni industriali. Nell’industria tessile, sono utilizzati come agenti bagnanti, lavanti, emulsionanti e disperdenti, nonché come agenti ausiliari per l’ammorbidimento e la tintura dei tessuti. Nell’industria alimentare, sono utilizzati come emulsionanti, stabilizzatori e agenti schiumogeni. Nella microelettronica, sono utilizzati nella produzione di materiali semiconduttori e di particelle magnetiche e nell’industria automobilistica per la produzione di shampoo per auto e formulazioni anti-evaporazione. Sono utilizzati anche nella produzione di pitture, vernici, conservanti antimicrobici per il legno e come ingredienti nei pesticidi.

I tensioattivi ammorbidiscono l’acqua dura?

I tensioattivi hanno un effetto addolcente. Addolciscono l’acqua dura adsorbendo le particelle in essa contenute, rendendo la superficie lavata più umida e le particelle di sporco più facilmente dissolvibili nell’acqua. L’acqua dura, tuttavia, comporta un maggior consumo di tensioattivi utilizzati come detergenti: la quantità di tensioattivi necessaria per ottenere una schiuma e un effetto lavante adeguati è maggiore rispetto a quando si utilizza acqua dolce. Per questo motivo, i produttori di detersivi in polvere, detergenti e detersivi utilizzano spesso additivi sotto forma di addolcitori d’acqua, come una soluzione salina di sodio di copolimeri acrilato-maleato o zeoliti.

Nocività dei tensioattivi

Grazie alle proprietà dei tensioattivi e alla loro elevata solubilità in vari mezzi, i composti non completamente degradati possono circolare liberamente in natura. Vengono rilevati sia nelle acque reflue e trattate, sia nelle acque sotterranee e di superficie, sia nei terreni, da dove finiscono nelle piante e negli organismi viventi. I tensioattivi si accumulano facilmente negli organismi, il che può portare al pericoloso fenomeno della bioconcentrazione.

I tensioattivi possono anche avere un effetto irritante sulla pelle umana. Ciò è particolarmente vero per quei preparati che contengono quantità significative di tensioattivi, come i prodotti chimici per la casa. L’esposizione a tali composti può provocare irritazioni e reazioni allergiche. I tensioattivi contenuti nei cosmetici e nei detergenti per il corpo appartengono al gruppo dei tensioattivi delicati per la pelle.

I tensioattivi sono utilizzati in molti settori diversi. Quando si sceglie il composto giusto, è importante considerare le sue proprietà, il pH del prodotto, l’indice HLB e la CMC, che indica la capacità del tensioattivo di formare micelle. È inoltre importante considerare gli effetti collaterali del composto, i suoi effetti irritanti e i possibili additivi per mitigare questi effetti negativi. Al giorno d’oggi è anche fondamentale prendersi cura dell’ambiente, quindi è bene scegliere per la produzione composti di origine vegetale o microbica e facilmente biodegradabili.

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