Anfífilos, tensoactivos y surfactantes

ANFÍFILOS, TENSOACTIVOS Y SURFACTANTES

La palabra anfífilo hace su aparición en el título del texto de P. Winsor hace más de 30 años. Se constituyó a partir de dos raíces griegas. De un lado el prefijo "anfi" que significa

"doble", de los dos lados, “alrededor", como en anfiteatro o anfibio. De otra parte la raíz "filo" que denota la amistad y la afinidad como en filántropo (el amigo del hombre), hidrófilo (afín al agua) o también filósofo (amigo del saber).

Una sustancia anfífila posee una doble afinidad, que se define desde el punto de vista fisicoquímico como una dualidad polar-apolar. La molécula típica de un anfífilo tiene dos partes:

Un grupo polar que contiene heteroátomos como O, S, P ó N que se encuentran en grupos alcohol, ácido, sulfato, sulfonato, fosfato, amina, amida, etc, y un grupo apolar o poco polar que es en general un grupo hidrocarbonado de tipo alquil o alquil benceno, y que puede contener eventualmente átomos de halógeno u oxígeno.

La parte polar posee afinidad por los solventes polares en particular el agua y se denomina comúnmente la parte hidrófila o hidrofílica. Por el contrario el grupo apolar se llama la parte hidrófoba o hidrofóbica, o bien lipofílica, del griego "phobos", el miedo, y "lipos", la grasa. La figura muestra la fórmula de un anfífilo muy utilizado en los champús, el dodecil benceno sulfato de sodio.

Dodecil sulfato de sodio

TENSIOACTIVOS Y SURFACTAN

Las moléculas de anfífilo muestran una fuerte tendencia a migrar a las interfases, de forma tal, que su grupo polar se encuentre dentro del agua y su grupo apolar se encuentre orientado hacia un solvente orgánico o en la superficie.

En lo que sigue se llamará superficie el límite entre una fase condensada y una fase gaseosa e interfase el límite entre dos fases condensadas.

Los ingleses utilizan la palabra "surfactante" (agente activo de superficie) para denotar una sustancia que posee una actividad superficial o interfacial.

En general, el término tensoactivo se refiere a una propiedad de la sustancia. Los anfífilos tiene muchas otras propiedades y se les califica según las aplicaciones: jabones, detergentes, dispersantes, emulsionantes, espumantes, bactericida, inhibidores de corrosión, antiestático, etc. o dentro de las estructuras de tipo: membrana, microemulsión, cristal líquido, liposomas o gel.

CLASIFICACIÓN DE LOS SURFACTANTES

Desde el punto de vista comercial los surfactantes se clasifican según su aplicación.

Los surfactantes aniónicos se disocian en un anión anfífilo y un catión, el cual es en general un metal alcalino o un amonio cuaternario.

A este tipo pertenecen los detergentes sintéticos como los alquil benceno sulfonatos, los jabones (sales de sodio de ácidos grasos), los agentes espumantes como el lauril sulfato, los humectantes del tipo sulfosuccinato, los dispersantes del tipo lignosulfonatos, etc

Los surfactantes no iónicos están en el segundo rango por orden de importancia con un poco menos del 40% del total. En solución acuosa no se ionizan, puesto que ellos poseen grupos hidrófilos del tipo alcohol, fenol, éter o amida. Una alta proporción de estos surfactantes pueden tornarse relativamente hidrofílicos gracias a la presencia de una cadena poliéter del tipo polióxido de etileno.

Los surfactantes catiónicos se disocian en solución acuosa en un catión orgánico anfífilo y un anión generalmente del tipo halogenuro. La gran mayoría de estos surfactantes son compuestos nitrogenados del tipo sal de amina grasa o de amonio cuaternario. La fabricación de estos surfactantes es mucho más cara que la de los anteriores y es por esta razón que no se les utilizan salvo en caso de aplicación particular, como cuando se hace uso de sus propiedades bactericidas o de su facilidad de adsorción sobre sustratos biológicos.

Fórmulas desarrolladas de algunos surfactantes corrientes

PRODUCCIÓN Y USOS

La producción mundial de jabones, detergentes y otros surfactantes era del orden de 18 Mt (millones de toneladas) en 1970 y de 25 Mt en 1980, correspondiendo un poco menos del 25% al mercado norteaméricano y un 25% al mercado europeo.

Al final de la segunda guerra mundial se consiguen en el mercado olefinas cortas, en particular propileno, que se obtienen como sub-producto del cracking catalítico y que no tenían en aquel entonces aplicación como el etileno. El bajo costo de esta materia prima permite sustituir ácidos grasos por radicales alquilo sintéticos.

Así nacen los detergentes sintéticos del tipo alquil benceno sulfonato que poco a poco reemplazarán los jabones para máquinas de lavar y en otras aplicaciones domésticas. El desarrollo del vapocraqueo en los años 50 para fabricar etileno como materia prima para polímeros diversos, ha permitido también la aparición en el mercado de surfactantes noiónicos en los cuales el grupo hidrofílico es una cadena poliéter formada por policondensación de óxido de etileno.

En 1965 las nuevas leyes de protección del ambiente limitan la utilización de los alquilatos de polipropileno en la fabricación de los detergentes sintéticos, tanto en los Estados Unidos como en Europa. Los productores de surfactantes deben por tanto utilizar materias primas un poco más costosas como los alquilatos lineales; como consecuencia los alquil benceno sulfonatos siguen siendo los surfactantes más baratos del mercado.

Hace unos diez años el mercado se ha estabilizado y se reparte de la manera siguiente:

MATERIAS PRIMAS PARA SURFACTANTES

Hoy el mercado de surfactantes presenta una gran variedad tanto desde el punto de vista de la estructura química de las moléculas como de su costo. Las materias primas utilizadas en su fabricación tienen orígenes diversos y su transformación puede seguir un camino simple o complejo dependiendo del caso.

Materias primas de origen orgánico, es decir, las utilizadas para obtener la parte hidrófoba o lipofílica de los surfactantes, y también el óxido de etileno.

ACEITES Y GRASAS NATURALES: TRIGLICÉRIDOS

La gran mayoría de los aceites y grasas naturales animales y vegetales son triglicéridos, es decir, triésteres del glicerol (glicerina o propano triol) y ácidos grasos. Por ejemplo:

2-oleo-palmito-estearína

La gran mayoría de los triglicéridos naturales contiene los cinco ácidos grasos más corrientes en proporciones diversas: C16:0 y los cuatro ácidos

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