Efecte humectant, requisit: HLB: 7-9
La humectació es defineix com el fenomen en què el gas adsorbit en una superfície sòlida és desplaçat per un líquid. Les substàncies que poden millorar aquesta capacitat de desplaçament s'anomenen agents humectants. La humectació es classifica generalment en tres tipus: humectació per contacte (humectació adhesiva), humectació per immersió (humectació immersiva) i humectació per dispersió (escampament). Entre aquestes, la dispersió representa l'estàndard més alt de humectació, i el coeficient de dispersió s'utilitza sovint com a indicador per avaluar el rendiment de la humectació entre diferents sistemes. A més, l'angle de contacte també és un criteri per jutjar la qualitat de la humectació. Els tensioactius es poden utilitzar per controlar el grau de humectació entre les fases líquida i sòlida.
En la indústria dels pesticides, algunes formulacions granulars i pols polvoritzables també contenen una certa quantitat de tensioactius. El seu propòsit és millorar l'adhesió i la quantitat de deposició del pesticida a la superfície objectiu, accelerar la velocitat d'alliberament i ampliar l'àrea de dispersió dels ingredients actius en condicions d'humitat, millorant així l'eficàcia de la prevenció i el tractament de malalties.
En la indústria cosmètica, els tensioactius actuen com a emulsionants i són components indispensables en productes per a la cura de la pell com ara cremes, locions, netejadors facials i desmaquillants.
Micel·les i solubilització,requisits: C > CMC (HLB 13–18)
La concentració mínima a la qual les molècules de tensioactiu s'associen per formar micel·les. Quan la concentració supera el valor CMC, les molècules de tensioactiu s'organitzen en estructures com ara configuracions esfèriques, en forma de vareta, laminar o en forma de placa.
Els sistemes de solubilització són sistemes d'equilibri termodinàmic. Com més baix sigui el CMC i com més alt sigui el grau d'associació, més gran serà la concentració màxima d'additius (MAC). L'efecte de la temperatura sobre la solubilització es reflecteix en tres aspectes: influeix en la formació de micel·les, la solubilitat dels solubilitzats i la solubilitat dels mateixos tensioactius. En el cas dels tensioactius iònics, la seva solubilitat augmenta bruscament amb l'augment de la temperatura, i la temperatura a la qual es produeix aquest augment brusc s'anomena punt de Krafft. Com més alt sigui el punt de Krafft, més baixa serà la concentració crítica de micel·les.
Per als tensioactius no iònics de polioxietilè, quan la temperatura augmenta fins a un cert nivell, la seva solubilitat disminueix bruscament i es produeix una precipitació, cosa que fa que la solució es torni tèrbola. Aquest fenomen es coneix com a terbolesa i la temperatura corresponent s'anomena punt de terbolesa. Per als tensioactius amb la mateixa longitud de cadena de polioxietilè, com més llarga sigui la cadena d'hidrocarburs, més baix serà el punt de terbolesa; per contra, amb la mateixa longitud de cadena d'hidrocarburs, com més llarga sigui la cadena de polioxietilè, més alt serà el punt de terbolesa.
Les substàncies orgàniques no polars (per exemple, el benzè) tenen una solubilitat molt baixa en aigua. Tanmateix, afegir tensioactius com l'oleat de sodi pot augmentar significativament la solubilitat del benzè en aigua, un procés anomenat solubilització. La solubilització és diferent de la dissolució ordinària: el benzè solubilitzat no es dispersa uniformement en les molècules d'aigua, sinó que queda atrapat dins de les micel·les formades pels ions oleat. Els estudis de difracció de raigs X han confirmat que tots els tipus de micel·les s'expandeixen en diversos graus després de la solubilització, mentre que les propietats col·ligatives de la solució general romanen en gran part sense canvis.
A mesura que augmenta la concentració de tensioactius a l'aigua, les molècules de tensioactiu s'acumulen a la superfície del líquid per formar una capa monomolecular orientada i compacta. Les molècules en excés a la fase massiva s'agreguen amb els seus grups hidròfobs mirant cap a dins, formant micel·les. La concentració mínima necessària per iniciar la formació de micel·les es defineix com a concentració crítica de micel·les (CMC). A aquesta concentració, la solució es desvia del comportament ideal i apareix un punt d'inflexió diferent a la corba de tensió superficial vs. concentració. Augmentar encara més la concentració de tensioactiu ja no reduirà la tensió superficial; en canvi, promourà el creixement i la multiplicació continus de les micel·les a la fase massiva.
Quan les molècules de tensioactiu es dispersen en una solució i arriben a un llindar de concentració específic, s'associen a partir de monòmers individuals (ions o molècules) en agregats col·loïdals anomenats micel·les. Aquesta transició desencadena canvis sobtats en les propietats físiques i químiques de la solució, i la concentració a la qual això es produeix és la CMC. El procés de formació de micel·les es coneix com a micel·lització.
La formació de micel·les en solucions aquoses de tensioactiu és un procés dependent de la concentració. En solucions extremadament diluïdes, l'aigua i l'aire estan gairebé en contacte directe, de manera que la tensió superficial disminueix només lleugerament, mantenint-se propera a la de l'aigua pura, amb molt poques molècules de tensioactiu disperses a la fase massiva. A mesura que la concentració de tensioactiu augmenta moderadament, les molècules s'adsorbeixen ràpidament a la superfície de l'aigua, reduint l'àrea de contacte entre l'aigua i l'aire i provocant una forta caiguda de la tensió superficial. Mentrestant, algunes molècules de tensioactiu a la fase massiva s'agreguen amb els seus grups hidrofòbics alineats, formant petites micel·les.
A mesura que la concentració continua augmentant i la solució arriba a l'adsorció de saturació, es forma una pel·lícula monomolecular densa a la superfície del líquid. Quan la concentració arriba al CMC, la tensió superficial de la solució arriba al seu valor mínim. Més enllà del CMC, augmentar encara més la concentració de tensioactiu amb prou feines afecta la tensió superficial; en canvi, augmenta el nombre i la mida de les micel·les a la fase massiva. La solució està llavors dominada per les micel·les, que serveixen com a microreactors en la síntesi de nanopols. Amb l'augment continu de la concentració, el sistema passa gradualment a un estat cristal·lí líquid.
Quan la concentració d'una solució tensioactiva aquosa arriba a la CMC, la formació de micel·les esdevé prominent a mesura que augmenta la concentració. Això es caracteritza per un punt d'inflexió a la corba de tensió superficial vs. concentració logarítmica (corba γ-log c), juntament amb l'aparició de propietats físiques i químiques no ideals a la solució.
Les micel·les tensioactives iòniques porten càrregues superficials elevades. A causa de l'atracció electrostàtica, els contraions són atrets per la superfície de la micel·la, neutralitzant part de les càrregues positives i negatives. Tanmateix, un cop les micel·les formen estructures altament carregades, la força retardant de l'atmosfera iònica formada pels contraions augmenta significativament, una propietat que es pot aprofitar per ajustar la dispersabilitat de les nanopols. Per aquestes dues raons, la conductivitat equivalent de la solució disminueix ràpidament amb l'augment de la concentració més enllà de la CMC, cosa que converteix aquest punt en un mètode fiable per determinar la concentració micel·lar crítica dels tensioactius.
L'estructura de les micel·les tensioactives iòniques és típicament esfèrica, i consta de tres parts: un nucli, una closca i una doble capa elèctrica difusa. El nucli està compost de cadenes d'hidrocarburs hidrofòbiques, similars als hidrocarburs líquids, amb un diàmetre que oscil·la aproximadament entre 1 i 2,8 nm. Els grups metilè (-CH₂-) adjacents als grups del cap polar posseeixen polaritat parcial, retenint algunes molècules d'aigua al voltant del nucli. Així, el nucli de la micel·la conté...una quantitat considerable d'aigua atrapada, i aquests grups -CH₂- no estan completament integrats al nucli d'hidrocarbur semblant a un líquid, sinó que formen part de la closca micel·lar no líquida.
La closca de la micel·la també es coneix com a interfície micel·la-aigua o fase superficial. No es refereix a la interfície macroscòpica entre les micel·les i l'aigua, sinó a la regió entre les micel·les i la solució aquosa de tensioactiu monomèrica. En el cas de les micel·les de tensioactiu iònic, la closca està formada per la capa de Stern més interna (o capa d'adsorció fixa) de la doble capa elèctrica, amb un gruix d'uns 0,2 a 0,3 nm. La closca conté no només els grups iònics del cap dels tensioactius i una porció de contraions lligats, sinó també una capa d'hidratació a causa de la hidratació d'aquests ions. La closca de la micel·la no és una superfície llisa, sinó una interfície "rugosa", resultat de les fluctuacions causades pel moviment tèrmic de les molècules de monòmer de tensioactiu.
En medis no aquosos (a base d'oli), on predominen les molècules d'oli, els grups hidròfils dels tensioactius s'agreguen cap a l'interior per formar un nucli polar, mentre que les cadenes d'hidrocarburs hidròfobs formen la capa externa de la micel·la. Aquest tipus de micel·la té una estructura invertida en comparació amb les micel·les aquoses convencionals i, per tant, s'anomena micel·la inversa; en canvi, les micel·les formades a l'aigua s'anomenen micel·les normals. La figura 4 mostra un model esquemàtic de micel·les inverses formades per tensioactius en solucions no aquoses. En els darrers anys, les micel·les inverses s'han utilitzat àmpliament en la síntesi i preparació de portadors de fàrmacs a nanoescala, particularment per a l'encapsulació de fàrmacs hidròfils.
Data de publicació: 26 de desembre de 2025