La ciencia de los tensioactivos: tensión superficial y mecanismos de adsorción.

En la formulación de productos de cuidado personal, como champús, jabones corporales y limpiadores faciales, los tensioactivos son el ingrediente principal.

Funciones clave como desengrasado, eliminación de suciedad, efectos antiestáticos y emulsificación son esencialmente expresiones macroscópicas de las propiedades físicas y químicas de los tensioactivos.

Para diseñar formulaciones de limpieza de alta eficiencia, los formuladores deben comprender en profundidad dos conceptos fisicoquímicos centrales: tensión superficial y adsorción..

1. Tensión superficial: el umbral de la limpieza

La característica más distintiva de una solución tensioactiva es su baja tensión superficial y tensión interfacial.

Según los principios de humectación, cuanto menor sea la tensión superficial de un líquido, mejor se extenderá sobre una superficie sólida. La humectación es un requisito previo para todos los procesos de limpieza.

Sólo cuando la solución limpiadora moja completamente la piel, el cabello y los microporos de la suciedad se puede producir la posterior emulsificación, dispersión y solubilización.

Además, la baja tensión interfacial aceite/agua reduce significativamente la energía necesaria para la emulsificación. Esto ayuda a romper la grasa líquida en pequeñas gotas y las estabiliza en agua, logrando un desengrasado eficiente.

2. Eliminación de suelo líquido: enrollado y emulsificación

La eliminación de suciedad aceitosa líquida es un proceso clásico de química de interfaz. Generalmente sigue estos pasos:

1. Humectación: las moléculas de surfactante primero mojan la superficie de la piel o el cabello.

2. Mecanismo de enrollamiento: los tensioactivos se adsorben en la interfaz entre el aceite y el sustrato. Esto cambia el ángulo de contacto. La película de aceite se contrae, se espesa y finalmente se 'enrolla' en gotas bajo la fuerza cortante del agua.

3. Estabilización de la interfaz: las moléculas de surfactante se alinean en la interfaz aceite/agua. Esto reduce la tensión superficial y forma una película mecánica. Esta película evita que las gotas de aceite emulsionado se fusionen (coalescencia) o se vuelvan a depositar en la superficie.

3. Surfactantes aniónicos: el poder de la repulsión electrostática

En la teoría del lavado tradicional, los tensioactivos aniónicos (como SLES, SLS y tensioactivos de aminoácidos) suelen ser la opción principal. Ofrecen excelentes propiedades humectantes, espumantes y electrostáticas.

Su mecanismo para eliminar la tierra sólida depende en gran medida de la acción electrostática :

• Suelo no polar (p. ej., negro de carbón, parafina): los tensioactivos aniónicos se adsorben en la superficie de la tierra a través de fuerzas de Van der Waals entre sus cadenas hidrofóbicas y la tierra. Las cabezas hidrófilas miran hacia el agua, dando a la suciedad una alta densidad de cargas negativas.

• Repulsión electrostática: dado que las superficies de la piel y el cabello suelen tener una carga negativa, se produce una fuerte repulsión electrostática entre las partículas de suciedad y el sustrato. Esta fuerza empuja la suciedad y evita su redeposición.

Nota: Para suciedad cargada positivamente, una pequeña cantidad de tensioactivo aniónico puede provocar grumos. En este caso, se necesita una dosis más alta para formar

4. Tensioactivos no iónicos: impedimento estérico y desengrasante

Los tensioactivos no iónicos (como los APG y los etoxilatos de alcohol) constan de cadenas alquílicas hidrófobas y cadenas de polioxietileno (PEO) hidrófilas. Su mecanismo de limpieza se diferencia fundamentalmente de los aniónicos:

1. Desengrasante superior:
   los tensioactivos no iónicos generalmente son mejores para eliminar la suciedad aceitosa que los aniónicos. Esto se debe a su menor concentración micelar crítica (CMC) y su capacidad superior para solubilizar la grasa.

2. Estabilización estérica:
   cuando se adsorbe en suelo sólido, la cola hidrofóbica se ancla a la tierra. La gran cadena hidrófila se extiende hasta el agua. Esto crea una gruesa capa de hidratación alrededor de la partícula. Esta capa forma una barrera física, conocida como Impedimento Estérico . Evita que las partículas de suciedad se acerquen entre sí o se vuelvan a adherir al sustrato.

3. Impacto en superficies cargadas:
   aunque los tensioactivos no iónicos no llevan carga, su adsorción proporciona una estabilidad que a menudo supera los simples efectos electrostáticos. Esto mejora significativamente la estabilidad del sistema de dispersión.

5. Ideas para la formulación: los matices de la adsorción polar

Es importante señalar un caso especial con respecto a los tensioactivos no iónicos en superficies polares (como el cabello dañado e hidrófilo).

Los átomos de oxígeno del éter en el grupo hidrofílico pueden formar enlaces de hidrógeno con grupos hidroxilo en la superficie. Esto hace que la cabeza hidrófila se adsorba en la superficie, mientras que la cola hidrófoba mira hacia el agua. En teoría, esto hace que la superficie sea hidrófoba, lo que resulta desfavorable para el lavado con agua.

Sin embargo, en las formulaciones reales , este problema se resuelve mezclándolo con tensioactivos aniónicos. Al combinar las ventajas de carga de los aniónicos con el poder de emulsificación de los no iónicos, los formuladores pueden lograr resultados sinérgicos que superan a los componentes individuales.

Resumen

Comprender la reducción de la tensión superficial y los comportamientos complejos de adsorción (incluida la repulsión electrostática, el impedimento estérico y la adsorción bicapa) es la base de los productos de cuidado personal de alto rendimiento.

Los formuladores expertos manipulan estas fuerzas microscópicas para ofrecer resultados macroscópicos: poder de limpieza superior y una excelente sensación en la piel.