Effetto bagnante, requisito: HLB: 7-9
La bagnabilità è definita come il fenomeno per cui il gas adsorbito su una superficie solida viene spostato da un liquido. Le sostanze che possono migliorare questa capacità di spostamento sono chiamate agenti bagnanti. La bagnabilità è generalmente classificata in tre tipi: bagnabilità per contatto (bagnatura adesiva), bagnabilità per immersione (bagnatura immersiva) e bagnabilità per diffusione (spreading). Tra questi, la diffusione rappresenta il livello più elevato di bagnabilità e il coefficiente di diffusione è spesso utilizzato come indicatore per valutare le prestazioni di bagnabilità tra diversi sistemi. Inoltre, l'angolo di contatto è anche un criterio per giudicare la qualità della bagnabilità. I tensioattivi possono essere utilizzati per controllare il grado di bagnabilità tra fasi liquide e solide.
Nel settore dei pesticidi, alcune formulazioni granulari e polveri polverulente contengono anche una certa quantità di tensioattivi. Il loro scopo è migliorare l'adesione e la quantità di deposito del pesticida sulla superficie interessata, accelerare la velocità di rilascio ed espandere l'area di diffusione dei principi attivi in condizioni di umidità, migliorando così l'efficacia della prevenzione e del trattamento delle malattie.
Nell'industria cosmetica, i tensioattivi agiscono come emulsionanti e sono componenti indispensabili nei prodotti per la cura della pelle, come creme, lozioni, detergenti per il viso e struccanti.
Micelle e solubilizzazione,requisiti: C > CMC (HLB 13–18)
La concentrazione minima alla quale le molecole di tensioattivo si associano per formare micelle. Quando la concentrazione supera il valore CMC, le molecole di tensioattivo si dispongono in strutture come sferiche, bastoncellari, lamellari o a piastra.
I sistemi di solubilizzazione sono sistemi in equilibrio termodinamico. Minore è la CMC e maggiore è il grado di associazione, maggiore è la concentrazione massima dell'additivo (MAC). L'effetto della temperatura sulla solubilizzazione si riflette in tre aspetti: influenza la formazione di micelle, la solubilità dei solubilizzati e la solubilità dei tensioattivi stessi. Per i tensioattivi ionici, la loro solubilità aumenta bruscamente con l'aumentare della temperatura e la temperatura alla quale si verifica questo brusco aumento è chiamata punto di Krafft. Più alto è il punto di Krafft, minore è la concentrazione critica delle micelle.
Per i tensioattivi non ionici a base di poliossietilene, quando la temperatura raggiunge un certo livello, la loro solubilità diminuisce bruscamente e si verifica una precipitazione, che rende la soluzione torbida. Questo fenomeno è noto come intorbidamento e la temperatura corrispondente è chiamata punto di intorbidamento. Per i tensioattivi con la stessa lunghezza della catena poliossietilene, più lunga è la catena idrocarburica, più basso è il punto di intorbidamento; viceversa, a parità di lunghezza della catena idrocarburica, più lunga è la catena poliossietilene, più alto è il punto di intorbidamento.
Le sostanze organiche apolari (ad esempio, il benzene) hanno una solubilità in acqua molto bassa. Tuttavia, l'aggiunta di tensioattivi come l'oleato di sodio può aumentare significativamente la solubilità del benzene in acqua, un processo chiamato solubilizzazione. La solubilizzazione è diversa dalla normale dissoluzione: il benzene solubilizzato non è disperso uniformemente nelle molecole d'acqua, ma intrappolato all'interno delle micelle formate dagli ioni oleato. Studi di diffrazione a raggi X hanno confermato che tutti i tipi di micelle si espandono in misura variabile dopo la solubilizzazione, mentre le proprietà colligative della soluzione complessiva rimangono sostanzialmente invariate.
All'aumentare della concentrazione di tensioattivi in acqua, le molecole di tensioattivo si accumulano sulla superficie del liquido formando uno strato monomolecolare compatto e orientato. Le molecole in eccesso nella fase di massa si aggregano con i loro gruppi idrofobici rivolti verso l'interno, formando micelle. La concentrazione minima richiesta per avviare la formazione di micelle è definita concentrazione micellare critica (CMC). A questa concentrazione, la soluzione devia dal comportamento ideale e sulla curva tensione superficiale/concentrazione compare un punto di flesso ben definito. Un ulteriore aumento della concentrazione di tensioattivo non ridurrà più la tensione superficiale, ma favorirà la crescita e la moltiplicazione continua delle micelle nella fase di massa.
Quando le molecole di tensioattivo si disperdono in una soluzione e raggiungono una specifica soglia di concentrazione, si associano da singoli monomeri (ioni o molecole) in aggregati colloidali chiamati micelle. Questa transizione innesca bruschi cambiamenti nelle proprietà fisiche e chimiche della soluzione, e la concentrazione alla quale ciò avviene è la CMC. Il processo di formazione delle micelle è detto micellizzazione.
La formazione di micelle in soluzioni acquose di tensioattivi è un processo dipendente dalla concentrazione. In soluzioni estremamente diluite, acqua e aria sono quasi a contatto diretto, quindi la tensione superficiale diminuisce solo leggermente, rimanendo vicina a quella dell'acqua pura, con pochissime molecole di tensioattivo disperse nella fase di massa. All'aumentare moderato della concentrazione di tensioattivo, le molecole si adsorbono rapidamente sulla superficie dell'acqua, riducendo l'area di contatto tra acqua e aria e causando un brusco calo della tensione superficiale. Nel frattempo, alcune molecole di tensioattivo nella fase di massa si aggregano con i loro gruppi idrofobici allineati, formando piccole micelle.
Man mano che la concentrazione continua ad aumentare e la soluzione raggiunge la saturazione dell'adsorbimento, sulla superficie del liquido si forma un film monomolecolare densamente compattato. Quando la concentrazione raggiunge la CMC, la tensione superficiale della soluzione raggiunge il suo valore minimo. Oltre la CMC, un ulteriore aumento della concentrazione del tensioattivo influisce solo minimamente sulla tensione superficiale; al contrario, aumenta il numero e le dimensioni delle micelle nella fase di massa. La soluzione è quindi dominata dalle micelle, che fungono da microreattori nella sintesi di nanopolveri. Con il continuo aumento della concentrazione, il sistema passa gradualmente a uno stato liquido cristallino.
Quando la concentrazione di una soluzione acquosa di tensioattivo raggiunge la CMC, la formazione di micelle diventa evidente con l'aumentare della concentrazione. Questo fenomeno è caratterizzato da un punto di flesso nella curva tensione superficiale vs. concentrazione logaritmica (curva γ–log c), insieme all'emergere di proprietà fisiche e chimiche non ideali nella soluzione.
Le micelle dei tensioattivi ionici presentano elevate cariche superficiali. A causa dell'attrazione elettrostatica, i controioni vengono attratti dalla superficie della micella, neutralizzando parte delle cariche positive e negative. Tuttavia, una volta che le micelle formano strutture altamente cariche, la forza ritardante dell'atmosfera ionica formata dai controioni aumenta significativamente, una proprietà che può essere sfruttata per regolare la disperdibilità delle nanopolveri. Per questi due motivi, la conduttività equivalente della soluzione diminuisce rapidamente con l'aumentare della concentrazione oltre la CMC, rendendo questo punto un metodo affidabile per determinare la concentrazione critica delle micelle dei tensioattivi.
La struttura delle micelle di tensioattivi ionici è tipicamente sferica, composta da tre parti: un nucleo, un guscio e un doppio strato elettrico diffuso. Il nucleo è composto da catene idrocarburiche idrofobiche, simili agli idrocarburi liquidi, con un diametro compreso tra circa 1 e 2,8 nm. I gruppi metilenici (-CH₂-) adiacenti ai gruppi di testa polari possiedono una polarità parziale, trattenendo alcune molecole d'acqua attorno al nucleo. Pertanto, il nucleo della micella contieneuna notevole quantità di acqua intrappolata e questi gruppi -CH₂- non sono completamente integrati nel nucleo idrocarburico liquido, ma formano invece parte del guscio micellare non liquido.
Il guscio micellare è anche noto come interfaccia micella-acqua o fase superficiale. Non si riferisce all'interfaccia macroscopica tra micelle e acqua, ma piuttosto alla regione tra micelle e la soluzione acquosa monomerica di tensioattivo. Per le micelle di tensioattivo ionico, il guscio è formato dallo strato di Stern più interno (o strato di adsorbimento fisso) del doppio strato elettrico, con uno spessore di circa 0,2-0,3 nm. Il guscio contiene non solo i gruppi di testa ionici dei tensioattivi e una porzione di controioni legati, ma anche uno strato di idratazione dovuto all'idratazione di questi ioni. Il guscio micellare non è una superficie liscia, ma piuttosto un'interfaccia "ruvida", risultato delle fluttuazioni causate dal moto termico delle molecole di monomero tensioattivo.
Nei mezzi non acquosi (a base oleosa), dove predominano le molecole di olio, i gruppi idrofili dei tensioattivi si aggregano verso l'interno per formare un nucleo polare, mentre le catene idrocarburiche idrofobiche formano il guscio esterno della micella. Questo tipo di micella ha una struttura invertita rispetto alle micelle acquose convenzionali ed è quindi chiamata micella inversa; al contrario, le micelle formate in acqua sono chiamate micelle normali. La Figura 4 mostra un modello schematico di micelle inverse formate da tensioattivi in soluzioni non acquose. Negli ultimi anni, le micelle inverse sono state ampiamente utilizzate nella sintesi e preparazione di vettori di farmaci su scala nanometrica, in particolare per l'incapsulamento di farmaci idrofili.
Data di pubblicazione: 26-12-2025