Et overflateaktivt middel eller overflateaktivt middel ( surfaktant på engelsk) er en forbindelse som modifiserer overflatespenningen mellom to overflater. Surfaktanter er amfifile molekyler , det vil si at de har to deler med forskjellig polaritet , en lipofil (som beholder fett) er upolær, den andre hydrofil ( blandbar i vann ) er polær.
De gjør det således mulig å oppløse to ikke-blandbare faser, ved å samhandle med den ikke-polare (det vil si lipofile og derfor hydrofobe ), gjennom dens hydrofobe del; mens den med den andre fasen som er polær, vil den samhandle gjennom sin hydrofile del.
Spesielt i Canada snakker man også om overflateaktivt middel , transponering av det engelske ordet surfactant, som er kompresjon av " aktiv overflatemiddel " (aktiv overflateaktivt middel). Noen ganger finner vi også begrepet tensid .
Egenskapene til overflateaktive stoffer skyldes deres amfifile struktur . Denne strukturen gir dem en spesiell tilhørighet for grensesnitt av olje / vann og vann / oljetype , og gir dem på samme måte muligheten til å senke den frie energien til disse grensesnittene. Dette fenomenet er grunnlaget for stabilisering av spredte systemer.
Som emulgerende eller stabiliserende midler kan deres virkning beskrives i tre punkter:
Et overflateaktivt middel er et legeme som, selv når det brukes i små mengder, endrer overflatespenningen , spesielt vannets. Således, med unntak av uorganiske salter eller baser (unntatt ammoniakk ), reduserer flertallet av overflateaktive stoffer overflatespenningen til vann. For å kjenne deres overveiende hydrofile eller hydrofobe karakter, kan man imidlertid resonnere på verdien av deres HLB ( Hydrophilic-Lipophilic Balance ), som numerisk estimerer denne balansen mellom lipofil del og hydrofil del.
Disse egenskapene øker den iboende toksisiteten til mange overflateaktive stoffer, spesielt når de finnes på huden (som de gjør mer gjennomtrengelige av mange giftstoffer), i vann eller i luft-vann- grensesnittet ( muligens biofilm ) der forskjellige tilfeller av økotoksisitet. I oppløsningen plasseres overflateaktive midler fortrinnsvis på overflaten av løsningsmidlet, og når konsentrasjonen økes, vedtar de spesielle romlige konfigurasjoner kalt miceller .
Noen overflateaktive stoffer er irriterende, til og med giftige. Ikke-ioniske overflateaktive stoffer er ikke veldig irriterende, derimot mistenkes de for å forstyrre hormonsystemet (hormonforstyrrende stoffer).
Surfaktanter blir noen ganger omdøpt i henhold til funksjonen de utfører.
Surfaktanter er amfifile forbindelser med begge fraksjoner:
Et vaskemiddel (eller overflateaktivt middel, vaskemiddel, overflateaktivt middel) er en kjemisk forbindelse, vanligvis avledet fra petroleum, med overflateaktive egenskaper , noe som gjør det i stand til å fjerne tilsmussing fra en fast bærer. Den debridement er et element av hygiene viktig siden det eliminerer mye av de bakterier som er tilstede på de rengjorte overflater, særlig i huden, redskaper som anvendes ved fremstillingen og forbruket av mat. Den avskrekkende kraften til overflateaktive stoffer kommer hovedsakelig fra deres solubiliseringskraft.
Vaskemidler har ofte HLB mellom 13 og 15.
Ved svært lav konsentrasjon er overflateaktive stoffer i stand til å danne ekte løsninger i en vandig fase. Når konsentrasjonen overstiger en bestemt verdi (den kritiske micellare konsentrasjonen ), kommer molekylene til det overflateaktive stoffet sammen i aggregater kalt miceller. Denne grupperingen gjøres slik at deres hydrofile pol er den eneste i kontakt med vannmolekylene. På denne måten er visse overflateaktive stoffer i stand til å "oppløse" stoffer som normalt er uoppløselige i det anvendte løsningsmiddel. Det uoppløselige stoffet tas opp av micellene og settes inn der.
Solubiliseringsmidler har ofte en HLB mellom 18 og 20.
Dannelsen av skum, dispersjonen av et stort volum gass i et lite volum væske, krever nærvær av overflateaktive stoffer som adsorberes ved vann-luft-grensesnittet.
Skummidler har ofte en HLB mellom 3 og 8.
Den fukting av en fast ved en væske svarer til spredning av væske på faststoffet. Ved å redusere overflatespenningen for fast-væske, tillater fuktemidler større spredning av væsken. Denne fuktighetskraften deltar i suspensjonen av faste partikler i en væske der de er uoppløselig, ved å utvise luftlaget som fester seg til partiklene som forstyrrer dispersjonen i væskefasen.
Fuktemidler har ofte en HLB mellom 6 og 8.
De dispergerende midler gjør det mulig å feste de hydrofobe partikler inneholdt i en hydrofil løsning, slik som vann, noe som gjør det mulig å skape en dispersjon , det vil si en vandig løsning inneholdende partikler i suspensjon. Disse midlene forhindrer flokkulering av partiklene, det vil si gruppering i større deler, som lett kan sette seg i bunnen av løsningen.
Et emulgator letter dannelsen av en emulsjon mellom to ikke-blandbare væsker (f.eks. Vann og olje). I en emulsjon blir den første væsken (kalt en diskontinuerlig fase) dispergert i den andre væsken (kalt en kontinuerlig fase) i form av små dråper. Det overflateaktive stoffets rolle er å redusere overflatespenningen mellom de to væskefasene ved å danne en film rundt de spredte dråpene.
For en W / O-emulsjon, bruk heller et overflateaktivt middel hvis HLB er mindre enn 6. For en O / W-emulsjon, bruk heller et overflateaktivt middel hvis HLB er større enn 10.
Visse overflateaktive stoffer (hovedsakelig kvartære ammoniumsalter ) brukes også for deres bakteriostatiske eller bakteriedrepende kraft i farmasøytiske eller kosmetiske formuleringer . Ved lave doser binder kationen av det kvartære ammoniumsaltet seg til syreendegruppene eller andre anioner av bakterieveggen , og forstyrrer bakterienes respiratoriske og reproduktive funksjoner. Ved høyere doser observeres til og med fullstendig ødeleggelse av bakteriemembranen (men disse dosene er generelt giftige for mennesker).
Det er fire typer organiske overflateaktive forbindelser, gruppert i henhold til naturen til den hydrofile delen:
Anioniske overflateaktive stoffer frigjør en negativ ladning (anion) i vandig løsning. De har en relativt høy hydrofil / lipofil balanse (HLB) (8 til 18) fordi de har en mer uttalt hydrofil tendens. De orienterer emulsjonen i retning O / W, olje / vann (hvis HLB> 18 så vaskemiddel).
Blant denne typen overflateaktivt middel kan nevnes såper , som er salter av fettsyrer, med den generelle formelen RCOOM (R = lang hydrokarbonkjede, M = et metall, en alkali eller en organisk base). Avhengig av naturen til M-gruppen er det alkaliske såper (Na + , K + , NH 4 + såper), metalliske såper (spesielt kalsium) og organiske såper (f.eks. Trietanolamin såpe, inkludert trietanolaminstearat). Det er også sulfaterte derivater (f.eks natriumlauretsulfat , natriumlaurylsulfat og trietanolamin-laurylsulfat ), er mye brukt som emulgatorer eller skummidler og sulfonerte derivater (for eksempel natrium) dioctylsufosuccinate ofte kjennetegnet ved en høy fuktbarhet. Det er også lipoaminosyrene, som har stor likhet med lipoaminosyrene som er tilstede i overhuden , noe som gjør dem til "fysiologiske" overflateaktive stoffer, brukt i kremer, tannkremer, hårkremer.
De er ikke kompatible med kationiske overflateaktive stoffer.
Kationiske overflateaktive stoffer frigjør en positiv ladning (kation) i vandig løsning. Dette er generelt nitrogenholdige produkter (med et positivt ladet nitrogenatom). Spesielt kan nevnes kvaternære ammoniumsalter: alkyltrimetylammoniumsalter (alkyltrimetylammoniumbromid), alkylbenzyldimetylammoniumsalter (eksempel: benzalkoniumklorid). De har bakteriostatiske og emulgerende egenskaper. De har en tilknytning til keratinet i huden eller håret, fordi det er negativt ladet; de kombineres med det for å danne en jevn film.
De brukes i balsam, flass, visse tinkturer, deodoranter. Det er det aktive produktet av tøymyknere i ark og væsker (Bounce, Fleecy, etc. ). De adsorberes til overflaten av vev, lader dem negativt, reduserer de tilstedeværende elektrostatiske kreftene, og dermed den statiske elektrisiteten som er tilstede. De gjør stoffene mer fleksible. De irriterer øyeslimhinnen.
De er ikke kompatible med anioniske overflateaktive stoffer.
Amfotere overflateaktive stoffer inneholder både sure og basiske grupper. Avhengig av pH-verdien til mediet de befinner seg i, frigjør de følgelig et positivt ion eller et negativt ion:
Amfotere overflateaktive stoffer har høy HLB.
Det er forskjellige kjemiske klasser av amfotere overflateaktive stoffer. Vi kan spesielt nevne:
De er kompatible med andre overflateaktive stoffer.
Molekylet deres har ingen nettolading (ioniserer ikke i vann). De kan klassifiseres i henhold til arten av bindingen mellom de hydrofile og hydrofobe delene av molekylet.
Ikke-ioniske overflateaktive stoffer er generelt kompatible med andre overflateaktive stoffer.
Esterbundne overflateaktive stoffer (R-CO-O-R ')Nevnes kan av glykolestere (eksempel: etylenglykol-stearat), glyserol- estere (f.eks: glyserolstearat, som anvendes som en emulgator), polyoksyetylen-glykolestere (oppnådd ved omsetning av etylenoksyd med en syre fettsyrer eller en blanding av fettstoffer syrer), sorbitanestere , men spesielt polyoksyetylensorbitanestere, oftere kalt "Tweens" (merkenavn) eller polysorbater .
Et kjent ikke-ionisk overflateaktivt middel som ofte brukes i kjemi og biologi er Tween ( Tween 20, 60, 80, etc. ) eller sorbitanester , men sukroseestere brukes også. Disse medlemmene av sukkeresterfamilien består av en hydrofil osidisk gruppe og en hydrofob fettkjede . Sukkerestere har flere fordeler som overflateaktive stoffer:
Eksempel: etere av fettalkoholer og av polyoksyetylenglykol, brukt som emulgatorer.
Surfaktanter binder amid (R-CO-NH-R ')Eksempel: Comperlan, som har skummende, emulgerende, vaskemiddel, fortykningsegenskaper.
Enkelte kjøttetende planter med en passiv felle av "urnetypen", som Heliamphora nutans eller Cephalotus follicularis, produserer og frigjør overflateaktive proteiner i nektar av urnen slik at de fangede insektene synker til bunnen av urnen. Når du legger egg, blir kvinnelige mygg som må lande på vannoverflaten fanget med bena. Således er insekter i underklassen av Pterygotes (flygende insekter) også byttedyr av kjøttetende planter med passive feller.