La Tensioattività e i Tensioattivi

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1 La Tensioattività e i Tensioattivi

2 Interfaccia Interfacies: superficie di separazione fra due o più fasi a contatto tra loro LIQUIDO/GAS LIQUIDO/LIQUIDO LIQUIDO/SOLIDO SOLIDO/GAS Schiume liquido/gas Emulsioni liquido/liquido Detersione liquido/liquido e solido/liquido

3 Forze Adesive Forze coesive Perché si crea l interfacies? Le molecole di una fase non si miscelano con le molecole dell altra fase FORZE ADESIVE: Forze che si stabiliscono tra le molecole di due fasi diverse FORZE COESIVE: Forze che si stabiliscono tra le molecole di una stessa fase Un liquido che diffonde su un solido: Una goccia di acqua su un vetro La benzina sull acqua Un liquido che forma gocce e non diffonde: Olio di vaselina sull acqua Acqua sulla paraffina

4 Bagnabilità Una goccia di un liquido che venga deposta su una superficie solida vi aderisce in modo maggiore o minore a seconda della natura del liquido e di quella del solido. α L angolo di contatto di un liquido con un solido è considerato come indice di bagnabilità Se forza coesiva > forza adesiva α>90 Una fase non bagna l altra (una goccia di mercurio sul vetro)

5 Bagnabilità α L angolo di contatto è minore di 90 Elevata bagnabilità Se forza coesiva < forza adesiva α<90 Una fase bagna l altra (una goccia di acqua sul vetro)

6 Tensione Superficiale Una molecola di un liquido attira le molecole che la circondano ed a sua volta è attratta da esse (equilibrio all interno del liquido) Per le molecole che si trovano all'interno del liquido, la risultante di queste forze è nulla ed ognuna di esse si trova in equilibrio rispetto alle altre. Le molecole in superficie vengono attratte dalle molecole sottostanti e da quelle laterali, ma non verso l alto. La risultante delle forze che agiscono sulle molecole di superficie è una forza diretta verso l'interno del liquido.

7 Tensione Superficiale Forza diretta verso l'interno del liquido Forza tangente alla superficie La superficie di un liquido si comporta come una membrana elastica che avvolge e comprime il liquido sottostante. La tensione superficiale esprime la forza con cui le molecole superficiali si attirano l'un l'altra. Grazie alla tensione superficiale si riesce a far galleggiare un oggetto più pesante dell acqua

8 Bagnabilità di un Solido e Tensione Superficiale Un solido è bagnato da un liquido quando il liquido si distende sulla superficie del solido, sposta l aria e l interfaccia ARIA- SOLIDO viene sostituita dall interfaccia SOLIDO-LIQUIDO L entità dell effetto bagnante varia a seconda che le molecole del liquido e quello del solido superino o meno le forze coesive intermolecolari del liquido Il potere bagnante di un liquido nei confronti di un solido è espresso dall angolo di contatto: se è minore di 90, il liquido bagna il solido; L angolo di contatto dipende essenzialmente dalla tensione superficiale della fase liquida. Se si riesce in qualche modo ad abbassare la tensione superficiale della fase liquida, si riduce l angolo di contatto.

9 Tensioattivi Come fanno i saponi e i detersivi ad eliminare lo sporco? Contengono molecole in grado di concentrarsi alle interfacce: CODA IDROFOBA, lipofila costituita da una catena idrocarburica (affinità per i lipidi, rifugge l acqua) TESTA IDROFILA, polare (affinità per i solventi polari come l acqua) Adatto equilibrio tra proprietà lipofile ed idrofile: se una delle due prevale il composto diventa troppo solubile in H 2 O o in olio per poter esercitare attività interfacciale. Le sostanze che abbassano la tensione superficiale di un liquido sono chiamate tensioattivi o surfattanti (dall'inglese: surface-active agents).

10 Tensioattivi e Acqua Sciolte in H 2 O le molecole si dispongono alla superficie con: -la testa idrofila verso l H 2 O; -la coda idrofoba verso la superficie esterna. Quando la superficie è completamente occupata, le molecole di tensioattivo si associano fra di loro formando aggregati di dimensioni colloidali dette micelle. La CMC è definita come la concentrazione micellare critica alla quale le micelle cominciano a formarsi limite di solubilità del tensioattivo ad una determinata temperatura

11 Funzione lavante e micellizzazione Potere detergente ZONA DELLA CMC Tensione superficiale Tensione interfacciale Concentrazione tensioattivo L aumento della concentrazione del tensioattivo oltre la CMC non provoca vantaggi

12 Tensioattivi, Acqua e Sporco Substrato Quando incontrano sporcizia, queste molecole circondano le particelle e vi inseriscono la loro coda. Le code, infatti, hanno affinità per i grassi. Le teste idrofile attirano lo sporco verso l'acqua e contribuiscono insieme con l'agitazione del liquido a staccarlo dal substrato. La corona di teste idrofile veicola le particelle di sporco nell'acqua, dove finiscono in sospensione per poi venire sciacquate via.

13 Trasferimento di Carica acqua substrato sporco Il substrato dello sporco (la cheratina della pelle o dei capelli) in contatto con l acqua si carica negativamente, mentre lo sporco ha per lo più carica positiva adesione Le molecole di tensioattivo avvolgono le particelle grasse dando alle loro superfici una carica elettrica uguale a quella del substrato repulsione distacco della particella dal substrato Questa azione è particolarmente incisiva nei tensidi anionici

14 Asportazione Meccanica e Solubilizzazione Quando lo sporco si è parzialmente separato dal substrato per azione del tensioattivo, il distacco totale avviene o meccanicamente (agitazione dell acqua) o per solubilizzazione da parte della micella. Formazione di schiuma e azione detergente non sono strettamente collegati: Buon detergente che forma poca schiuma Schiumogeni con limitata azione detergente EFFETTO PSICOLOGICO

15 Proprietà dei Tensioattivi SCHIUMOGENA Espressione dell emulsione d aria nella soluzione Dipende dalla concentrazione del tensioattivo MAGGIORE POTERE SCHIUMOGENO posseduto dai detergenti anionici: a catena corta C12-C14 schiuma larga e poco consistente catena medie e insature schiuma densa e consistente Combinando opportunamente le miscele detergenti si possono variare a piaceimento le caratteristiche della schiuma IMBIBENTE Dipende dalla tensioattività del detersivo penetrazione della soluzione lavante nello strato idro-lipidico della pelle MAGGIORE POTERE IMBIBENTE dato da acidi grassi insaturi (oleico, linoleico) DEFLOCCULANTE Quando lo sporco viene asportato dalle superfici ci contato, passa nella soluzione lavante ed in essa deve rimanere sospeso o disperso per evitare che si ridepositi sulla pelle. POTERE FAVORITO da sequestranti del calcio e del magnesio (EDTA) che ostacolano la formazione di flocculi insolubili e da catene alifatiche brevi (C7:C12) dei tensioattivi.

16 DISPERDENTE Verso i corpi grassi da detergere solubilizzazione all interno di micelle MAGGIORE POTERE DISPERDENTE dato da catene grasse sature e lunghe (acido stearico) UMETTANTE capacità del detergente di bagnare la superficie con cui viene a contatto. Un buon potere umettante efficacia lavante MAGGIORE POTERE UMETTANTE dato da catene alifatiche sature di media lunghezza (C13-C16)

17 Classificazione dei Tensioattivi La parte lipofila è costituita da una lunga catena -C-C-C-C-C-C-C-. La parte idrofila è costituita da gruppi ionizzabili e non ionizzabili. - ANIONICI + CATIONICI - + ANFOTERI NON IONICI CARBOSSILICA SOLFONICA SOLFATA AMINICA POLIOSSIETILIENICA

18 Efficacia Detergente Nel campo della detersione i tensioattivi più efficaci sono quelli anionici Si fissano allo sporco carico positivamente e sono respinti dal substrato cutaneo o capillare carico negativamente I tensioattivi cationici non sono adatti ad un azione detergente (respinti dallo sporco!) Sono utili come condizionante dopo il lavaggio, perché richiamati dalla pelle o dai capelli carichi negativamente (dopo-shampoo) I tensioattivi anionici (shampoo) in eccesso producono carica elettrostatica in eccesso (capelli dopo lo shampoo), che può essere annullata dall applicazione successiva di tensioattivi cationici (doposhampoo), che si fissano al capello col terminale ionico idrofilo e imprimono morbidezza e lucentezza col terminale lipofilo che rimane all esterno. Più attenuata è l azione di detergenti anfoteri e non ionici

19 Il Primo Tensioattivo Il sapone: sale alcalino di acidi grassi Tensioattivo con terminale carbossilico R-COO - Na +

20 Tensioattivi Anionici Saponi modificati, sali alcalini di acidi grassi R-COO - X + dove X = sodio, potassio, ammonio, trietanolamina... Si ottengono per idrolisi dei grassi e salificazione: Trigliceride Glicerina Sapone Olio di cocco, palma, palmisto, sego, sugna, oli vegetali o animali

21 Eterosaponi R-O-(CH 2 -CH 2 -O) n -CH 2 -COO - X + Rispetto ai saponi semplici non subiscono idrolisi alcalina detergono la pelle senza alterare il ph Amido-saponi R-CO-NH-(CH-R-CO-NH) n -COO - X + Rispetto ai saponi semplici non idrolizzano e grazie alla catena polipeptidica detergono la pelle in modo delicato senza irritare

22 Sarcosinati R-CO-N(CH3)-CH2-COO - X + Sarcosine e sarcosinati sono ottimi detergenti, ben tollerati (acidi grassi e aminoacidi) Oltre che in shampoo e bagno schiuma sono usati come componente schiumogena in dentifrici Acilglutamati HOOC- CH2-CH2-CH(NHCOR)- COO - X + Partendo dal glutamato sodico, si ottiene il detergente più fisiologico esistente

23 Alchilarilsolfonati R SO 3 Na Molecola fortemente tensioattiva, usata in detersivi per stoviglie Purtroppo anche a volte in bagno schiuma fa molta schiuma!! Alchilsolfati R-O-SO 3 -Na Hanno il terminale -OSO 3 meno aggressivo di SO 3 Il principale prodotto è il laurilsolfato di sodio, presente in Farmacopea; Usato sia come detergente (dentifrici) che come emulsionante, eccellente potere schiumogeno ma ancora con potere irritante elevato.

24 Alchiletossisolfati R-(O-CH 2 -CH 2 ) 2 -SO 3 -Na Tensioattivi più utilizzati in assoluto in tutto il mondo, per shampoo e bagno schiuma. Buoni schiumogeni, migliore tollerablità cutanea, economici e facili da viscosizzare Sodium laureth sulfate CH 3 (CH 2 ) 11 -(O-CH 2 -CH 2 ) n -SO 3 -Na

25 Tensioattivi Anfoteri Contengono entrambe le cariche Maggiore affinità per la pelle Più attenuato effetto detergente Igiene delle mani delicate, dei capelli sottili e dei bambini, igiene intima BETAINE R-CONH(CH 2 ) 3 -N + (CH 3 ) 2 CH 2 COO - IMIDAZOLINE R N N + CH 2COO (CH 2 ) 2 OR' -

26 Tensioattivi Cationici o Non detergenti o Diselettrizzanti o Condizionanti 1) Sali di ammonio quaternario. R R N R + X - ( alogeno, solfato, fosfato e saccarinato) R disinfettanti, antimicrobici, emulsionanti; cheratino condizionanti: fosfato alchiletossiammonio; deforforanti: fosfato di alchiletossiammonio. 2) Sali di piridinio quaternario; 3) Sali di isochinolinio quaternario; 4) Sali di imidazolinio quaternario.

27 Tensioattivi non Ionici Considerati come AUSILIARI DI DETERGENZA: Migliorano l atto lavante Accentuano effetto bagnante Sostengono la schiuma Solubilizzano più velocemente lo sporco Aumentano la tollerabilità della pelle verso il tensioattivo di base Alchilolamidi (viscosizzanti, solubilizzanti e sostenitrici di schiuma): RCONH(CH 2 ) 3 N CH 2 CH 2 OH CH 2 CH 2 OH

28 Ossidi di amina (sostenitrici di schiuma, bagnanti e detergenti): RCONH(CH 2 ) 3 N CH 3 CH 3 O Ausiliari migliorativi (potere detergente, schiumogeno e tollerabilità): esteri del saccarosio; esteri del glucosio: laurato di saccarosio. sorbitan monolaurato, ottilenonilfenolietossilati; gliceril monolaurato; olio di ricino. solubilizzanti

29 Tensioliti Tensioliti Fluidi: sistemi detergenti con densità tale da essere scorrevoli sotto la forza di gravità. Sono in genere confezionati in flaconi. Tensioliti Semifluidi: sistemi detergenti con aspetto e consistenza cremosa. Sono in genere confezionati in tubi o vasetti. Tensioliti Solidi: sono i classici saponi Shampoo Shampoo doccia e bagno doccia Olio da bagno Detergenti viso-mani Deterganti intimi Pediluvi schiumogeni Prodotti per rasatura

30 Scala di irritabilità Indica il potere irritante dei tensioattivi - Proteina vegetale (mais), insolubile in acqua si solvata in presenza di tensioattivi - Legame tra potenziale irritativo del tensioattivo e quantità di zeina solubilizzata

31 SAL: sostanza attiva lavante Differisce da prodotto a prodotto PERCENTUALI DI SAL CONSIGLIATE TIPOLOGIA DI DETERGENTE SAL consigliata Detergente intimo <10% Shampoo 10-15% Bagnodoccia 18-20% Bagnoschiuma 20-25% Se il

32 SAL FINALE 22,63 Calcolo SAL EUCAROL AGE ET = sodium cocopolyglucose tartrate SAL 30 EUCAROL AGE EC = disodium cocopolyglucose citrate SAL 30 COCCO AMPHODIACETATO (polichimica) = disodium cocoamphodiacetate SAL 36,2 TEGO GLUCOSID L 55 = lauryl glucoside & cocamidopropyl betaine SAL 43 EUCAROL AGE SS = disodium cocopolyglucose sulfocinate SAL X 0,29 = 7,25 Percentuale di tensioattivo che si vuole aggiungere SAL del tensioattivo divisa per 100 SAL finale Cocamidopropyl betaine 30 x 0,29 = 8,7 Coco glucosyde 20 x 0,53 = 10,6 Sodium Lauroyl sarcosinate 9 x 0,37 = 3,33

33 Shampoo Forme scorrevoli limpide, perlacee, opache con un contenuto medio in tensioattivi puri (SAL: Sostanza Attiva Lavante) che può variare dal 5 al 15% INGREDIENTI Tensioattivo Primario: costituito in genere da sodio lurilsolfato o alchilsolfati analoghi Tensioattivo migliorativo: per attenuare l aggressività del tenside primario Sostanze funzionali specifiche a seconda del tipo di problema capillare Agenti condizionanti e/o sostantivanti Fattore di Consistenza: per ottenere la densità desiderata Profumo, conservanti, eventuale colorante er trasformare il sistema da limpido ad opaco etilenglicostearato, stearamido MEA tearato o per un aspetto lattescente si utilizzano emulsioni

34 Esempi Formulativi Shampoo Famiglia 1 Sodium Laureth Sulfate % 27 2 Cocamide MEA 3,0 3 Profumo qb 4 Aqua, preservatives qb NaCl qb 6 Colore qb 7 Cocamidopropyl Betaine (30%) 5,0

35 Shampoo Condizionante 1 Sodium Laureth Sulfate % 30,0 2 PEG-60 Almond Glycerides 1,5 3 Cocamidopropylamide Oxide 4,0 4 Hydrolyzed Vegetable Protein 1,5 5 Profumo 0,25 6 Aqua, Preservatives qb Lactic Acid qb a ph 5,5 8 Cocamidopropyl Betaine (30%) 10,0

36 Shampoo Uso Frequente 1 Sodium Laureth Sulfate % 5,4 2 Sodium Cocopolyglucose Tartrate 7,2 3 Profumo 0,3 4 Cocamidopropyl Betaine (30%) 2,0 5 Aqua qb a 100 Shampoo Delicato Uso Frequente 1 Sodium Laureth Sulfate % 5,0 2 Sodium Cocoamphoacetate 5,0 3 Sodium Cocopolyglucose Tartrate 5,0 4 Sodium Cocopolyglucose Sulfosuccinate 5,0 5 Profumo 0,30 6 Aqua, Preservatives qb a Citric Acid qb a ph 5,5

37 Shampoo Perlaceo 1 Sodium Laureth Sulfate % 5,0 2 Cocamide MEA 4,0 3 Sodium Lauryl Sulfate 3,0 4 Glycol Stearate 4,0 5 Aqua, Preservatives qb Polyquaternium-39 4,0 7 Hydrolyzed Wheat Protein Hydroxypropyl Polysiloxane 1,0 8 Profumo qb 9 Cocamidopropyl Betaine 3,0

38 Shampoo Doccia A metà tra uno shampoo ed un bagnoschiuma sia come sostanza lavante che come percentuale di profumo Preparati limpidi, perlacei od opachi Si possono aggiungere microgranuli per un effetto scrub Shampodoccia 1 Aqua, preservatives qb a Acrylates/Vinylisodecanoate Crosspolymer 1,0 3 Sodium Hydroxide 3,0 4 Sodium Laureth Sulfate 20,0 5 Cocamidopropylamine 5,0 6 PEG-40 Hydrogenated Castor Oil 0,6 7 Profumo 0,30

39 Bagnodoccia O bagnoschiuma Miscele concentrate di tensioattivi aventi in media il doppio in sostanza attiva lavante rispetto allo shampoo e una dose da 5 a 10 volte maggiore di profumo Limpidi, perlacei, opachi Possono contenere microsfere per effetto scrub Bagnodoccia 1 Sodium Laureth Sulfate % 50,0 2 Trideceth-2 Carboxamide MEA 2,5 3 Disodium Laureth Sulfosuccinate, Sodium Lauryl Sulfoacetate 5,0 4 Sodium Cocoyl Glutamate 2,5 5 Potassium Cocoyl Hydrolized Soy Protein 2,5 6 Caprylyl/Capryl Glucoside 2,5 7 Profumo 1,8 8 Aqua, Preservatives qb a Cocamidopropyl Betaine 8,0

40 Bagnodoccia Perlaceo 1 Sodium Laureth Sulfate % 50,0 2 Trideceth-2 Carboxamide MEA 2,0 3 Disodium Laureth Sulfosuccinate, Sodium Lauryl Sulfoacetate 4 Potassium Cocoyl Hydrolized Soy Protein, Glyceryl Stearate 3,0 2,5 5 Caprylyl/Capryl Glucoside 2,5 6 Glycol Stearate, Sodium Laureth Sulfate Cocamide MEA Laureth-10 7,5 7 Hydrolyzed Vegetable Protein 2,5 8 Profumo 1,9 9 Aqua, Preservatives qb a Sodium Chloride 0,90

41 Olio da Bagno Possono essere di vario tipo Iposchiumogeni: Contengono un tensioattivo esente da acqua sistema limpido che aggiunto all acqua del bagno produce modesta schiuma Dispersibili: anidri. Aggiunti all acqua del bagno formano un emulsione lattea. Non sono schiumogeni Solubili: Miscela anidra di solubilizzanti e profumo anche aggiunta all acqua la miscela resta limpida. Non sono schiumogeni Flottanti: sistema oleoso contenente un emulsionante poco idrofilo, comunque sufficiente a far distendere l olio in modo uniforme sulla superficie dell acqua Oleosi: olio di ricino e profumo. Non si distendono, non si disperdono, non si sciolgono, non fanno schiuma

42 Olio da bagno iposchiumogeno 1 TIPA Laureth Sulfate Propylene Glycol 50,0 2 Ricinus communis (castor oil) 25,0 3 Olea europea (olive oil) 22,5 4 Tocopherol, Lecithin, Ascorbyl Palmitate, Citric acid 0,05 5 Profumo 2,45 Olio dispersibile da bagno effetto latteo 1 Laureth 2- Benzoate 22,5 2 C Alkyl Benzoate 75,0 3 Profumo 2,50

43 Olio solubile da bagno 1 Polysorbate 20 50,0 2 PEG-7 Glyceryl Cocoate 20,0 3 PEG-40 Hydrogenated Castor Oil 27,5 4 Profumo 2,5 Olio flottante da bagno 1 Dioctylcyclohexane 50,0 2 Cetearyl Octanoate 35,0 3 Laureth-2 10,0 4 Profumo 5,0

44 Detergenti Viso-Mani Formula, aspetto e SAL simili a quelli degli shampoo Soluzioni medio viscose limpide, perlacee o opache Fluidi come l acqua Stanno sostituendo i detergenti solidi Detergente viso-mani 1 Sodium Laureth Sulfate % 20 2 Sodium Cocopolyglucose Tartrate 20 3 Profumo 0,25 4 Glycerin 3,0 5 Aqua, Preservatives qb a Sodium Chloride 1,0 7 Cocamidopropyl Betaine (30%) 10,0

45 Detergenti Intimi Soluzioni più o meno viscose, composte da miscele di tensioattivi delicati, presenti in basse dosi, spesso privi di Sodio Lauretossisolfato e a ph acido (3-4) Detergente Intimo 1 Sodium Cocoamphoacetate % 10,0 2 Cocamidopropyl Betaine, Glyceryl Laurate 10,0 3 Lauryl Glucoside 5,0 4 Sodium Cocopolyglucose Tartrate 10,0 5 PEG.-120 Methil Glucose Dioleate 2,0 6 Profumo 0,25 7 Aqua, Preservatives qb a Citric Acid 0,25

46 Pediluvi Alternativa ai tradizionali sali Contengono sostanze deodoranti e corpi odorosi particolarmente freschi: canfora, mentolo, eucaliptolo Pediluvio schiumogeno 1 Sodium Laureth Sulfate % 25,0 2 Sodium Laureth Sulfate, Cocamide MEA 10,0 3 Potassium Undecilenoyl Hydrolyzed Sot Protein 2,5 4 Aqua, preservatives qb a Hydrolized Vegetable Protein 2,5 6 Profumo 1,0 7 Citric Acid 0,30 8 Cocamidopropyl Betaine 8,5

47 Pediluvio non schiumogeno 1 TIPA Laureth Sulfate, Propylene Glycol % 30,0 2 PEG-7 Glyceryl Cocoate 10,0 3 PEG-40 Glyceryl Cocoate 10,0 4 Nonoxynol-9, PEG-4 Octanoate 10,0 5 Essential Oil 1,0 6 Eucalyptol 1,0 7 Camphor 1,0 8 Menthol 1,0 9 Menthyl Lactate 1,0 10 Aluminum Chlorohydrate 4,0 11 Methylpropanediol 10,0 12 PPG-20 Methyl Glucose Ether 5,0 13 Aqua, preservatives qb a 100

48 Foot scrub detergente 1 Aqua, preservatives % qb a Carbomer 0,25 3 Acrylates/Vinylisodecanoate Crosspolymer 0,5 4 Sodium Laureth Solfate 5,0 5 Profumo 0,25 6 Glycerin 2,5 7 Pumice or other microgranules 10,0 8 AMP 0,70