Surfactants: Properties, Types, Applications

The surfactant or surfactants are amphiphilic or amphipathic substances that have the ability to lower the surface tension of liquids. The term ‘amphiphilic’ means that they have a polar or hydrophilic portion, and a non-polar or hydrophobic portion.

This chemical characteristic allows them to be located in a water-air interface. Its main action at the interface is the reduction of surface tension. Some surfactants have the property of being detergents, so they are capable of removing dirt from surfaces and keeping them in suspension in the aqueous medium.

Los surfactantes son capaces de mantener los lípidos, sustancias hidrofóbicas, suspendidas en un medio acuoso mediante la formación de emulsiones o micelas. Esta propiedad facilita la absorción intestinal de los lípidos.

Los surfactantes no solo tienen aplicaciones en la limpieza de diferentes objetos, sino que cumplen además una función central en el proceso del cuidado personal, en la fabricación de alimentos, en el proceso de tinción, etc.

Propiedades de los agentes tensoactivos

Reducción de la tensión superficial

Los surfactantes debido a que son compuestos anfifílicos o anfipáticos, tienen una región polar y otra no polar. Esta propiedad les permite ubicarse en la interface aire-agua, estando la parte polar o hidrofílica en contacto con el agua. Mientras, la parte no polar se orienta hacia el aire.

Las moléculas del surfactante en la interface aire-agua actúan desplazando las moléculas de agua que se encuentran en esta interface.

Por lo tanto, al reducirse el número de moléculas de agua, disminuye también la tensión superficial ocasionada por la atracción que ejercen estas moléculas desde el seno del líquido sobre las moléculas de agua que se encuentran en su superficie.

Aumento de solubilidad de grasas

Los surfactantes son capaces de orientar sus moléculas para formar unas estructuras esféricas, conocidas como micelas. En estas estructuras, los surfactantes orientan su parte polar o cabeza hacia el agua, mientras la parte no polar queda confinada en su interior.

La interacción de la parte polar de los surfactantes con el agua, mantiene las micelas suspendidas en el agua. Y a su vez, las micelas pueden encapsular sustancias que no son solubles en el agua, como las grasas, aumentando así sus solubilidades.

Acción detergente

Los surfactantes son capaces de eliminar de las superficies sólidas sustancias depositadas sobre ellos. En este proceso intervienen un conjunto de propiedades, tales como humectación, dispersión, formación de emulsiones y de espuma.

Los detergentes facilitan la interacción del agua con la superficie de los cuerpos sólidos, proceso imprescindible para la limpieza de la superficie. Al mismo tiempo, mediante la acción de los detergentes, se mantienen dispersas en el agua las partículas eliminadas durante el lavado.

Esto se logra mediante la formación de emulsiones que evita que el material graso se mantenga en suspensión y que no se acumule de nuevo sobre las superficies de los sólidos. La espuma no interviene en el proceso de limpieza en sí, pero facilita la eliminación de partículas unidas a las burbujas.

Tipos de surfactantes

Hay cuatro tipos diferentes de surfactantes dependiendo de la polaridad de la cabeza o estructura globular de los surfactantes: no iónicos, aniónicos, catiónicos y  zwitteriónicos.

No iónicos

Estos surfactantes carecen en su cabeza de grupos disociables iónicos, representando el 45% de la producción industrial total. Su grupo hidrofílico (cabeza) presenta moléculas de  alcohol, fenol, éter, éster o amida, que no se disocian en iones en solución acuosa.

Entre estos surfactantes están los siguientes:

-(Triton-X-100). Actúa como agente humectante y en recubrimientos.

-(Nonoxinol-9). Acción espermicida.

Aniónicos

Representan el 50% de la producción industrial de surfactantes. La cabeza hidrofílica posee grupos aniónicos como sulfonatos, fosfatos, sulfatos y carboxilatos, asociados a cationes como sodio o potasio. Entre los surfactantes de este grupo pueden nombrarse los siguientes:

-Sulfosuccinato dioctil sódico (Pentex 99). Se emplea como agente humectante, así como en recubrimientos y pasta dental.

-Sulfonatos lineales de alquilbenceno (Calsoft). Se utilizan como detergentes para ropa y vajillas.

-Lauril éter sulfato de sodio (Texapan). Se usa en champús y en productos para el baño.

Catiónicos

La cabeza del surfactante se disocia en solución acuosa en un catión anfifílico y un anión, más a menudo un halógeno. Pueden presentar cationes de amonio cuaternarios, como es el caso del bromuro de cetil trimetilamonio (CTAB) y el cloruro de cetil trimetilamonio (CTAC).

El cloruro de benzalconio (BAC) y el cloruro de cetilpiridinio (CPC) Son surfactantes que alteran las membranas celulares de las bacterias y las cubiertas de los virus.

Zwitteriónicos o anfóteros

Tienen grupos catiónicos y aniónicos unidos a la misma molécula.

La parte aniónica es variable, presentándose como sulfonatos, como en la sulfataína (CHAPS) 3-[(3-cholamidopropil) dimetilamonio-1-propanosulfonato], y la betaína conocida como cocamidopropilbetaína.

Mientras, la parte catiónica está conformada por aminas primarias, secundarias, terciarias o cationes cuaternarios de amonio.

Aplicaciones de los surfactantes

Limpieza y cuidado personal

Se usan como detergentes para el lavado de la ropa y la vajilla, así como agentes humectantes, emulsionantes y formadores de espuma. También se utilizan los surfactantes en el cuidado personal en forma de cosméticos, champús, geles para la ducha, acondicionadores para el cabello, etc.

Además, se utilizan los surfactantes en la elaboración de la pasta dental y en la limpieza de los lentes de contacto.

Industriales

Surfactants are present in many foods, and are also used in leather processing and photography. They can deposit on metal surfaces, thus giving them protection against corrosion.

Surfactants are used to promote the flow of oil through porous rocks and in the flotation of minerals or other solid particles. They also increase the wettability of the mineral particles, while the foaming agent allows the particles to bond with the bubble and float.

Surfactants help uniform penetration of dyes onto fabrics during the dyeing process.

They intervene in the formation of latex particles, creating stabilizing micelles of the monomers before polymerization. Polymerization occurs when polymerization initiators reach the micelles to induce the monomer molecules to polymerize to form the latex particles.

Surfactants also act in the manufacture of paints, adhesives, inks, disinfectants, insecticides and herbicides.

Medicinal

Surfactants are used in the washing and disinfection of wounds. They are also used to impregnate cotton pads and bandages to enhance the absorption of medicinal solutions. In addition, they are used in the application of medicinal lotions on the surface of the skin and mucous membranes.

Surfactants are used to improve transcutaneous absorption of drugs by altering the stratum corneum and denaturation of keratin, thus increasing drug penetration.

Biological function

One surfactant in particular, dipalmitoylphosphatadylcholine, intervenes in respiration, favoring the process of alveolar distension that occurs during inspiration. The alveoli are covered by a layer of water, and therefore, there is a surface tension that opposes alveolar distension.

Surfactant reduces alveolar surface tension, facilitating air inspiration. Surfactants begin to be synthesized between 24 and 30 weeks of fetal gestation, so premature infants who have not developed their ability to synthesize surfactants should receive treatments.

Surfactants are involved in the intestinal absorption of lipids. Bile salts: cholate and deoxycholate, for example, are surfactants secreted by the gallbladder, which form micelles with the degradation products of triacylglycerides, thus favoring their absorption in the duodenum.

References

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