Entendendo os Surfactantes Anfotéricos em um Único Artigo — Tipo de Aminoácido e Tipo de Betaína

Os surfactantes anfotéricos são surfactantes que contêm grupos hidrofílicos aniônicos e catiônicos na mesma molécula. Sua característica mais significativa é a capacidade de doar e aceitar prótons. Durante o uso, apresentam as seguintes características: geralmente, os surfactantes anfotéricos têm bom desempenho em lavagem, dispersão, emulsificação, esterilização, amaciamento de fibras e ação antiestática, podendo ser utilizados como auxiliares de acabamento têxtil, auxiliares de tingimento, dispersantes de sabão de cálcio, surfactantes para lavagem a seco e inibidores de corrosão metálica, entre outras aplicações. Conferem excelente maciez, suavidade e propriedades antiestáticas aos tecidos; possuem certas propriedades bactericidas e antifúngicas; e boas propriedades emulsificantes e dispersantes. No entanto, esse tipo de surfactante é relativamente caro e sua gama de aplicações é menor do que a de outros tipos de surfactantes. É um surfactante suave. Ao contrário dos surfactantes aniônicos ou catiônicos simples, as moléculas de surfactantes anfotéricos possuem grupos ácidos e básicos em uma das extremidades da molécula. Os grupos ácidos são principalmente grupos carboxila, ácido sulfônico ou fosfato, enquanto os grupos básicos são grupos amino ou amônio quaternário. Podem ser misturados com surfactantes aniônicos e não iônicos e são resistentes a ácidos, álcalis, sais e sais de metais alcalino-terrosos.

Atualmente, os surfactantes anfotéricos sintéticos mais comuns possuem, em sua maioria, grupos carboxilato como suas porções aniônicas, com alguns apresentando grupos sulfonato; suas porções catiônicas são, em sua maioria, sais de amina ou sais de amônio quaternário. Aqueles com sais de amina como porção catiônica são chamados de tipo aminoácido; aqueles com sais de amônio quaternário como porção catiônica são chamados de tipo betaína.

1. Tipo de aminoácido

A solução aquosa de surfactantes anfotéricos do tipo aminoácido é alcalina. Quando o ácido clorídrico é adicionado lentamente sob agitação, não há alteração quando a solução se torna neutra. Um precipitado se forma quando a solução se torna ligeiramente ácida. Se mais ácido clorídrico for adicionado para tornar a solução fortemente ácida, o precipitado se dissolve novamente. Isso indica que ele se comporta como um surfactante aniônico em meio alcalino e como um surfactante catiônico em meio ácido. No entanto, quando as propriedades catiônicas e aniônicas estão exatamente equilibradas no ponto isoelétrico, a hidrofilicidade diminui, resultando na formação de um precipitado. O ânion na molécula é um grupo carboxila e o cátion é um sal de amônio. Esse tipo de surfactante exibe diferentes atividades superficiais com as mudanças no pH do meio. Por exemplo, o ácido dodecilaminopropiônico (C12H25N+H2CH2CH2COO-) pode ser convertido em dodecilaminopropionato de sódio (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) em meio de hidróxido de sódio, comportando-se como um surfactante aniônico solúvel em água. Em meio de ácido clorídrico, ele pode ser convertido no sal cloridrato do ácido dodecilaminopropiônico [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-], comportando-se como um surfactante catiônico solúvel em água. Se o pH do meio for ajustado de modo que as cargas positivas e negativas estejam exatamente equilibradas, ele se converte em um sal interno (C12H25N+H2CH2CH2COO-), que é pouco solúvel em água e precipita. O pH nesse ponto é chamado de ponto isoelétrico. Para que os surfactantes anfotéricos do tipo aminoácido exerçam plenamente seu efeito, eles devem ser usados ​​em soluções aquosas com pH diferente do ponto isoelétrico. As matérias-primas comuns utilizadas na preparação de surfactantes anfotéricos do tipo aminoácido incluem aminas primárias alifáticas superiores, acrilato de metila (ver ésteres de acrilato), acrilonitrila e ácido cloroacético.

1. Btipo etaína

Os tensoativos anfotéricos do tipo betaína têm como principal característica a solubilidade em soluções aquosas, sejam elas ácidas, neutras ou alcalinas. Não precipitam, mesmo no ponto isoelétrico. Além disso, apresentam boas propriedades como permeabilidade, detergência e ação antiestática. Portanto, são excelentes emulsificantes e amaciantes.

Carboxibetaina

O ânion na molécula é um grupo carboxila e o cátion é um grupo amônio quaternário. Por exemplo, alquil dimetil betaína [RN+(CH3)2CH2COO-], onde o grupo alquila R possui de 12 a 18 átomos de carbono. Comparadas aos aminoácidos, as betaínas podem se dissolver em água em meios ácidos, neutros ou alcalinos, e não precipitam mesmo no ponto isoelétrico, podendo ser utilizadas em soluções aquosas com qualquer pH. Em meio ácido, quando o pH do ponto isoelétrico é inferior, comporta-se como um surfactante catiônico hidrossolúvel [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-]; em meio neutro ou alcalino, ou seja, quando o pH é igual ou superior ao ponto isoelétrico, comporta-se como um surfactante anfotérico hidrossolúvel e não como um surfactante aniônico. Os surfactantes anfotéricos tendem a formar precipitados com surfactantes aniônicos apenas em meio ácido. Podem ser usados ​​em combinação com qualquer tipo de surfactante em meios com diversos valores de pH. As matérias-primas comuns utilizadas para a preparação de surfactantes anfotéricos do tipo betaína incluem alquil dimetil aminas terciárias e cloroacetato de sódio, entre outros.

Sulfobetaína

O grupo aniônico na molécula é o grupo sulfônico (SO3-), e o grupo catiônico é o grupo amônio quaternário. Os mais comuns são as alquil dimetil sulfonetil betaínas [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] e as alquil dimetil sulfopropil betaínas [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]. O número de átomos de carbono no grupo alquila R nas fórmulas varia de 12 a 18. As sulfobetaínas possuem propriedades abrangentes; elas não só possuem todas as vantagens das betaínas comuns, como também apresentam vantagens únicas, como resistência a altas concentrações de ácidos, álcalis e sais. Atualmente, a hidroxisulfopropil [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] é utilizada para substituir as sulfopropil betaínas, que produzem substâncias nocivas ao corpo humano durante sua fabricação. Devido à presença de grupos aniônicos e catiônicos com grupos hidroxila em sua estrutura, esses surfactantes não apenas possuem todas as vantagens dos surfactantes anfotéricos, como também exibem resistência a altas concentrações de ácidos, álcalis e sais, boas propriedades emulsificantes, dispersantes e antiestáticas, além de propriedades bactericidas, antifúngicas e viscoelásticas. São surfactantes com excelente desempenho geral e têm sido amplamente aplicados em diversos campos, como produtos químicos de uso diário, deslocamento de petróleo em campos petrolíferos, fraturamento hidráulico e acidificação.

Betaína fosfolipídica

O grupo aniônico na molécula é o grupo fosfato (HPO4-) e o grupo catiônico é o grupo amônio quaternário. Por exemplo, alquil dimetil hidroxipropil fosfato betaína [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], onde o grupo alquila R possui de 12 a 18 átomos de carbono. Essa estrutura determina que ela não só possui as excelentes propriedades dos surfactantes anfotéricos, como molhabilidade, detergência, solubilização, emulsificação e dispersão, além de propriedades antiestáticas, estabilidade térmica, boa compatibilidade, baixa irritação e vantagens sobre os surfactantes aniônicos em geral, como melhor resistência a álcalis, resistência a eletrólitos e propriedade antiestática, mas também apresenta forte dispersibilidade em sabão de cálcio, baixa tensão superficial e excelente desempenho espumante.