{"id":6725,"date":"2024-03-13T07:03:00","date_gmt":"2024-03-13T07:03:00","guid":{"rendered":"https:\/\/longchangchemical.com\/?p=6725"},"modified":"2026-04-28T10:42:25","modified_gmt":"2026-04-28T10:42:25","slug":"molecular-structure-characteristics-of-surfactants","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/longchangchemical.com\/it\/molecular-structure-characteristics-of-surfactants\/","title":{"rendered":"Caratteristiche della struttura molecolare dei tensioattivi"},"content":{"rendered":"

Caratteristiche della struttura molecolare di Tensioattivi<\/a><\/strong><\/h1>\n

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Quick answer:<\/strong> Surface-control additives are usually selected by defect type, compatibility, and dosage window. The strongest commercial choice is the one that fixes the real problem without creating a new one.<\/p>\n

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Tensione superficiale e sostanze tensioattive<\/p>\n

I soluti che si adsorbono positivamente in una soluzione acquosa riducono la tensione superficiale dell'acqua, mentre i soluti che si adsorbono negativamente aumentano la tensione superficiale dell'acqua.<\/p>\n

Materiali attivi in superficie (surface active materials): un ampio gruppo di sostanze in grado di produrre un adsorbimento positivo in soluzione acquosa e quindi di ridurre significativamente la tensione superficiale dell'acqua. Ad esempio, etanolo, acido propionico, sodio dodecil solfato e cos\u00ec via.<\/p>\n

La natura di tali sostanze di ridurre la tensione superficiale dell'acqua \u00e8 chiamata attivit\u00e0 superficiale (surfaceactivity); di conseguenza, le sostanze che non possono produrre un adsorbimento positivo e che non possono ridurre la tensione superficiale dell'acqua sono chiamate sostanze non superficiali, come i sali inorganici, il glucosio e cos\u00ec via.<\/p>\n

Tensioattivi (tensioattivi): tra le sostanze tensioattive, esiste una classe di sostanze che in una concentrazione molto bassa possono far diminuire significativamente la tensione superficiale dell'acqua, ma quando la concentrazione aumenta fino a un certo valore, la tensione superficiale non diminuisce pi\u00f9 o diminuisce molto lentamente; questa classe di sostanze tensioattive \u00e8 chiamata tensioattivi (tensioattivi), come il dodecil solfato di sodio, il dodecil trimetil ammonio bromuro e il nonil bromuro. Tensioattivi, come il sodio dodecil solfato, il dodeciltrimetilammonio bromuro e il nonilfenolo poliossietilene (9) etere e altre sostanze.<\/p>\n

Struttura molecolare dei tensioattivi<\/p>\n

I primi tensioattivi utilizzati dall'uomo erano sali di sodio (o di potassio) degli acidi grassi, comunemente noti come saponi.<\/p>\n

Nei primi tempi si mescolavano grassi vegetali e animali e una soluzione acquosa di cenere d'erba e si riscaldava per ottenere il sapone.<\/p>\n

In seguito, con il progresso dell'industria chimica, la soda caustica (NaOH), persone attraverso la saponificazione alcalina di grassi e oli per produrre sapone.<\/p>\n

Negli anni '20 e '30, la prima guerra mondiale port\u00f2 a una carenza di grassi e oli; per sviluppare i sostituti del sapone, in Germania nacquero i tensioattivi sintetici, come gli alchilbenzensolfonati, gli alcoli grassi solfati, ecc. Questi tensioattivi hanno molecole comuni.<\/p>\n

Queste molecole di tensioattivi hanno una struttura molecolare comune, cio\u00e8 contengono gruppi idrofili e lipofili; ad esempio, il gruppo idrofilo del sapone \u00e8 -COONa, mentre nell'alchilbenzensolfonato di sodio il gruppo idrofilo \u00e8 -SO3Na, e i gruppi lipofili sono tutti catene alchiliche lunghe.<\/p>\n

Al giorno d'oggi, questo tipo di molecola \u00e8 chiamato molecola anfifilica, in cui il gruppo idrofilo \u00e8 ionico La struttura della molecola anfifilica \u00e8 molto simile ai fiammiferi, la parte della palla \u00e8 il gruppo idrofilo, la parte del gambo \u00e8 il gruppo alchilico, \u00e8 il gruppo lipofilo.
\nCome mostrato nella Figura 1<\/p>\n

Figura 1 Diagramma schematico del modello a sfera e bastone dei tensioattivi e della loro disposizione direzionale all'interfaccia acqua\/aria (olio).<\/p>\n

Il gruppo idrofilo fa s\u00ec che le molecole abbiano una certa solubilit\u00e0 in acqua.
\nIl gruppo lipofilo fa s\u00ec che questo tipo di molecole abbia una certa solubilit\u00e0 in olio.<\/p>\n

Quando queste molecole sono a contatto con l'acqua, il gruppo idrofilo della molecola ha una forte idratazione con le molecole d'acqua e porta alla dissoluzione, mentre il gruppo lipofilo della molecola ha una forte tendenza a sfuggire dall'ambiente acquoso a causa della mancanza di affinit\u00e0 con le molecole d'acqua; questi due effetti diametralmente opposti fanno s\u00ec che le molecole si arricchiscano nell'interfaccia acqua\/aria o nell'interfaccia acqua\/olio, con il gruppo idrofilo nella fase acquosa e il gruppo lipofilo nella fase aria o nella fase olio, nell'interfaccia. disposizione orientata, come mostrato nella Fig. 1.<\/p>\n

Il risultato combinato \u00e8 un adsorbimento positivo del tensioattivo in soluzione acquosa, con conseguente diminuzione significativa della tensione superficiale dell'acqua o della tensione all'interfaccia olio\/acqua.<\/p>\n

La struttura molecolare dei tensioattivi ha un elemento in comune, la sua molecola \u00e8 composta da due parti: una parte \u00e8 amante dei solventi; l'altra parte \u00e8 amante dei solventi.
\nUna parte \u00e8 pro-solvente; l'altra parte odia i solventi (idrofobica).<\/p>\n

Poich\u00e9 i tensioattivi sono solitamente utilizzati in soluzioni acquose, le due parti del tensioattivo sono spesso chiamate gruppo idrofilo (parte polare) e gruppo idrofobo (parte non polare); il gruppo idrofobo \u00e8 anche chiamato gruppo lipofilo.
\nCome mostrato nella Fig. 2 (a).<\/p>\n

Figura 2 Schema della struttura molecolare dei tensioattivi (a)
\nDimensione di CH3 (CH2)11SO4 (b)<\/p>\n

Prendiamo come esempio un tensioattivo comune, il sodio dodecil solfato [CH3(CH2)11SO4Na].
\nIn soluzione acquosa, CH3(CH2)11 SO4Na si ionizza in CH3(CH2)11SO4 e Na+, ed \u00e8 CH3(CH2)11SO4, noto come ione tensioattivo, a svolgere il ruolo principale.<\/p>\n

\u00c8 composto dal gruppo non polare CH3(CH2)11-, che \u00e8 un gruppo idrofobo (lipofilo), e da quello polare SO4, che \u00e8 un gruppo idrofilo. Il Na+, invece, \u00e8 chiamato controione. La grandezza del CH3 (CH2)11SO4 \u00e8 mostrata nella Fig. 2 (b).<\/p>\n

Questa particolare struttura dei tensioattivi \u00e8 chiamata struttura anfifilica (il gruppo idrofilo \u00e8 idrofilo e il gruppo idrofobo \u00e8 lipofilo). I tensioattivi sono quindi una classe di composti anfifilici.<\/p>\n

Il gruppo idrofobico di un tensioattivo \u00e8 generalmente composto da un gruppo idrocarburico a catena lunga, dominato da una catena idrocarburica, mentre il gruppo idrofilo (gruppo polare, gruppo di testa) presenta un'ampia variet\u00e0 di gruppi, compresi gruppi ionici carichi e gruppi polari non carichi.<\/p>\n

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Tutte le molecole di sostanze tensioattive hanno una struttura molecolare anfifilica. In termini di soluzione acquosa, l'idrofilia del gruppo idrofilo e la lipofilia del gruppo lipofilo devono essere fondamentalmente corrispondenti per avere un'attivit\u00e0 superficiale significativa; un lato troppo forte o troppo debole indebolir\u00e0 significativamente le molecole anfifiliche di attivit\u00e0 superficiale.<\/p>\n

Quando il numero di atomi di carbonio \u00e8 inferiore a 8, l'idrofilia \u00e8 troppo forte; ad esempio, l'acido formico, l'acido acetico, l'acido propionico e l'acido butirrico hanno una struttura anfifilica, ma hanno solo un'attivit\u00e0 superficiale e non possono essere tensioattivi.<\/p>\n

La catena idrofobica di un tensioattivo in senso generale deve essere sufficientemente grande, generalmente superiore a 8 atomi di carbonio (non esiste un limite rigido).<\/p>\n

Al contrario, quando il numero di atomi di carbonio \u00e8 superiore a 20, la lipofilia \u00e8 troppo forte, la solubilit\u00e0 in acqua \u00e8 molto ridotta e non pu\u00f2 essere un tipico tensioattivo. Ad esempio, nel caso del sapone, gli acidi grassi diventano buoni tensioattivi quando il loro numero di atomi di carbonio \u00e8 compreso tra 8 e 20.<\/p>\n

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Funzioni di base dei tensioattivi<\/strong><\/h2>\n

I tensioattivi sono prodotti chimici fini funzionali.<\/p>\n

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Le funzioni principali dei tensioattivi sono due:<\/p>\n

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Il primo \u00e8<\/p>\n

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Assorbimento sulla superficie (confine), formando un film di adsorbimento (generalmente monomolecolare);.<\/p>\n

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Il secondo \u00e8<\/p>\n

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Auto-polimerizzazione all'interno della soluzione, formando molti tipi di assemblaggi molecolarmente ordinati.<\/p>\n

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Da queste due funzioni, una serie di altre<\/p>\n

funzioni applicative.<\/p>\n

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L'adsorbimento dei tensioattivi sulla superficie determina una riduzione della tensione superficiale e un cambiamento nella chimica di superficie del sistema.<\/p>\n

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Il tensioattivo ha quindi funzioni schiumogene, antischiuma, emulsionanti, demulsionanti, disperdenti, flocculanti, bagnanti, spalmanti, penetranti, lubrificanti, antistatiche e battericide.<\/p>\n

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I tensioattivi si auto-polimerizzano all'interno della soluzione per formare varie forme di assemblaggi molecolarmente ordinati, come micelle, anticolloidi, vescicole, cristalli liquidi e cos\u00ec via. Questi assemblaggi molecolarmente ordinati presentano un'ampia variet\u00e0 di funzioni applicative.<\/p>\n

La pi\u00f9 elementare di queste \u00e8 la funzione solubilizzante (nota anche come solubilizzazione) delle micelle.<\/p>\n

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Sulla base dell'effetto solubilizzante delle micelle e di altri assemblaggi molecolari ordinati, sono state derivate funzioni quali la catalisi delle micelle, la formazione di microemulsioni e l'uso come mezzi di reazione e microreattori spaziali, vettori di farmaci e cos\u00ec via.<\/p>\n

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Anche la funzione detergente dei tensioattivi \u00e8 in gran parte legata all'effetto solubilizzante delle micelle sull'olio.<\/p>\n

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Le dimensioni delle composizioni molecolari ordinate di tensioattivi o lo spessore degli strati molecolari aggregati si avvicinano alla scala dei nanometri, il che pu\u00f2 fornire un luogo e condizioni adatte alla formazione di particelle ultrafini con \"effetto quantico\".<\/p>\n

Pertanto, gli assemblaggi molecolari ordinati di tensioattivi possono essere utilizzati come modelli (funzione di template) per la preparazione di particelle ultrafini (ad esempio, nanoparticelle).<\/p>\n

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La particolare struttura degli assemblaggi molecolarmente ordinati li rende ottimali per la modellazione dei biofilm.<\/p>\n

Gli assemblaggi molecolari ordinati possono anche essere riorganizzati per formare strutture ordinate avanzate (strutture supramolecolari), le cui soluzioni presentano un comportamento di fase nuovo e complesso o propriet\u00e0 reologiche insolite, propriet\u00e0 ottiche, reattivit\u00e0 chimica e cos\u00ec via. Hanno quindi altre funzioni applicative speciali.<\/p>\n

Principi di applicazione dei tensioattivi nei detergenti<\/strong><\/h2>\n

Applicazione dei tensioattivi nei settori tradizionali<\/p>\n

I tensioattivi possiedono una serie di propriet\u00e0 superiori come quelle di bagnare, emulsionare, disperdere, solubilizzare, schiumare e antischiuma, penetrare, lavare, essere antistatici, battericidi, ecc. Hanno un'ampia gamma di applicazioni sia nei settori civili tradizionali come detergenti, cosmetici, prodotti per l'igiene personale, ecc. sia in quelli industriali e tecnologici come tessile, alimentare, medicina e pesticidi, vernici e rivestimenti, edilizia, flottazione dei minerali, energia, pasta di legno e carta, concia e altri settori.<\/p>\n

Negli ultimi anni, lo sviluppo delle alte e nuove tecnologie sta cambiando di giorno in giorno e i tensioattivi, con le loro funzioni uniche nelle nanotecnologie, nella protezione dell'ambiente, nei nuovi materiali, nelle scienze della vita e in altri campi ad alta tecnologia, diventano prodotti indispensabili.<\/p>\n

Principio di applicazione dei tensioattivi nei detergenti<\/p>\n

I detergenti sono prodotti chimici di uso quotidiano formulati con tensioattivi, detergenti e ausiliari per rimuovere lo sporco dalla superficie degli oggetti e raggiungere lo scopo di pulire e detergere.<\/p>\n

Attualmente, i detergenti comunemente utilizzati in campo civile comprendono principalmente il detersivo per il bucato e l'ammorbidente per la pulizia dei vestiti, il detersivo e il detersivo per i piatti per la pulizia di stoviglie, frutta e verdura, lo sgrassatore per la cucina, il detergente per la pulizia del water e altre categorie principali.<\/p>\n

Il tensioattivo \u00e8 l'ingrediente principale del detergente, per cui il detergente e il tensioattivo, oltre a possedere un'eccellente capacit\u00e0 di lavaggio e decontaminazione, hanno anche una buona capacit\u00e0 di bagnare, schiumare, emulsionare, disperdere e solubilizzare.<\/p>\n

I primi detergenti utilizzavano spesso un singolo tensioattivo, come il sodio alchilbenzensolfonato. Oggi, invece, i detergenti utilizzano generalmente tensioattivi complessi, come il complesso anionico\/anionico o il complesso anionico\/nonionico.<\/p>\n

Grazie all'effetto sinergico tra le miscele di tensioattivi, i detergenti hanno talvolta una buona detergenza anche a bassi contenuti di tensioattivi.<\/p>\n

Il processo di decontaminazione con detergenti e il relativo meccanismo sono stati brevemente introdotti. Il cuore del processo consiste nel separare lo sporco dalla superficie dell'oggetto da pulire attraverso l'azione fisico-chimica dei tensioattivi e l'azione meccanica e acquosa del flusso d'acqua, per poi essere trasportato via dal flusso d'acqua.<\/p>\n

L'adsorbimento del tensioattivo sulla superficie dello sporco e del substrato \u00e8 la chiave, e porta alla seguente serie di azioni fondamentali.<\/p>\n

(1) Penetrazione e bagnatura<\/p>\n

Durante il processo di lavaggio, le molecole dei tensioattivi sono in grado di adsorbire sulla superficie dell'articolo e dello sporco, riducendo la tensione interfacciale tra il mezzo (generalmente acqua) e la superficie dell'articolo, nonch\u00e9 tra il mezzo e la superficie dello sporco, in modo che il mezzo sia in grado di penetrare tra la superficie dell'articolo e lo sporco e di penetrare all'interno dell'articolo. Questa azione \u00e8 chiamata azione di bagnatura e penetrazione del detergente.<\/p>\n

La bagnatura del liquido di lavaggio sull'articolo \u00e8 un prerequisito per il lavaggio; se il liquido di lavaggio non riesce a bagnare bene l'articolo, non si ottiene un buon effetto di lavaggio e decontaminazione.<\/p>\n

L'effetto di penetrazione umettante della soluzione detergente non solo riduce l'attrazione tra la superficie dell'articolo e la superficie dello sporco, ma riduce anche l'attrazione tra le particelle dello sporco, che possono essere spezzate in particelle fini e disperse nel mezzo quando viene applicata una forza esterna appropriata.<\/p>\n

Immagine<\/p>\n

(2) Emulsione e dispersione<\/p>\n

Nel processo di lavaggio, con l'aiuto degli effetti fisici e chimici dei tensioattivi e dell'agitazione meccanica, l'olio viene emulsionato per formare un'emulsione O\/W. La maggior parte delle soluzioni acquose di detergenti con buone prestazioni ha una bassa tensione superficiale e tensione interfacciale olio\/acqua.<\/p>\n

Allo stesso tempo, la tensione interfacciale pi\u00f9 bassa consente al tensioattivo nell'interfaccia olio\/acqua di formare una certa forza del film interfacciale, di impedire l'aggregazione delle microsfere d'olio e di favorire la stabilit\u00e0 dell'emulsione, in modo che le macchie d'olio non si depositino facilmente sulla superficie dei prodotti. La minore tensione interfacciale favorisce l'emulsione dello sporco liquido e quindi la sua rimozione.<\/p>\n

Naturalmente, durante il processo di lavaggio, lo sporco liquido non si dissolve direttamente nel mezzo, ma sotto l'azione del tensioattivo viene prima \"arrotolato\", quindi staccato dalla superficie dell'articolo sotto l'azione del flusso d'acqua, emulsionato e sospeso nel mezzo.<\/p>\n

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Immagine<\/p>\n

(3) Effetto solubilizzante<\/p>\n

Quando la concentrazione di tensioattivi \u00e8 superiore alla concentrazione critica di micelle (cmc), nella soluzione si formano micelle. Alcune sostanze insolubili o leggermente solubili nel mezzo acquoso si diffondono nelle micelle, aumentando cos\u00ec in modo significativo la loro solubilit\u00e0 nel mezzo; questo effetto \u00e8 chiamato solubilizzazione delle micelle.<\/p>\n

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Immagine<\/p>\n

Oltre all'emulsificazione, la solubilizzazione dell'olio da parte delle micelle pu\u00f2 essere l'altro modo principale per rimuovere lo sporco liquido dalle superfici solide.<\/p>\n

Gli oli non polari sono generalmente solubilizzati nel nucleo non polare delle micelle, mentre gli oli polari possono essere solubilizzati nella regione del gruppo polare del guscio micellare, a seconda della loro polarit\u00e0 e struttura molecolare; nel caso degli oli anfifilici, il gruppo polare della molecola di olio sar\u00e0 \"ancorato\" alla superficie della micella, mentre la catena idrocarburica non polare sar\u00e0 inserita nel nucleo micellare.<\/p>\n

\u00c8 stato dimostrato che quando la concentrazione di tensioattivi \u00e8 superiore a cmc, l'aumento della detergenza \u00e8 molto limitato, quindi la solubilizzazione non \u00e8 un fattore importante nel processo di lavaggio.<\/p>\n

Tuttavia, nel processo di lavaggio locale (come lo strofinamento degli indumenti con sapone o altri detergenti, il lavaggio del viso e delle mani con sapone, ecc.), la quantit\u00e0 di detergente \u00e8 elevata, la concentrazione di tensioattivi \u00e8 molto alta, quindi la solubilizzazione dell'olio nelle micelle sar\u00e0 il principale meccanismo di rimozione dell'olio.<\/p>\n

(4) Effetto schiumogeno<\/p>\n

Il detergente riduce la tensione interfacciale tra il mezzo e l'aria, in modo che l'aria possa essere dispersa nel mezzo e la formazione di bolle. Allo stesso tempo, il tensioattivo nella superficie delle bolle forma uno strato solido di disposizione direzionale del film, per mantenere la stabilit\u00e0 della schiuma, che \u00e8 schiumosa, stabilizzazione delle bolle.<\/p>\n

Sebbene la schiuma e l'effetto di lavaggio non abbiano una relazione diretta corrispondente, \u00e8 in grado di adsorbire lo sporco disperso in modo che si raccolga nella schiuma e lo sporco sulla superficie della soluzione media.<\/p>\n

Tuttavia, nel processo di lavaggio industriale o in quello delle lavatrici familiari, la comparsa di schiuma d\u00e0 l'impressione di non essere risciacquata, per cui \u00e8 necessario aumentare il numero di risciacqui, per cui il lavaggio in lavatrice viene spesso effettuato con detersivi a bassa schiuma.<\/p>\n

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How buyers usually evaluate coating and ink additives<\/h2>\n

Additive selection is usually most effective when the team defines the defect first and then screens compatibility, dosage range, and process stage. That is often much more reliable than choosing only by chemistry family or by a single dramatic lab result.<\/p>\n