Tensioactifs

n des sels minéraux ou des bases (sauf l'ammoniac), la majorité des agents tensio-actifs abaissent la tension superficielle de l'eau. Cependant pour connaitre leur caractère hydrophile ou hydrophobe majoritaire, on peut raisonner sur la valeur de leur HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance, balance hydrophile/hydrophobe)[1], proposée en 1949 par Griffin[2]. Cette méthode permet de déterminer des repères numériques qui chiffrent l'équilibre existant entre la partie hydrophile et la partie lipophile de la molécule de tensioactif, et qui sont liés à la solubilité dans l'eau. L'échelle varie de 0 à 40 (bornes exclues car sinon les molécules ne sont plus des tensioactifs) : plus la valeur est élevée, plus la solubilité dans l'eau est grande.

D'après la méthode de Davies,

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Il existe des tables de HLB pour différents groupes classiques[]. Si on obtient une HLB comprise entre 1 et 6, on a typiquement affaire à un tensioactif hydrophobe qui donnera préférentiellement des émulsions inverses (E/H). Pour une HLB supérieure à 10, il aura clairement un caractère hydrophile et donnera surtout des émulsions directes (H/E).

Le principal avantage de la HLB est son additivité, très utile lorsque deux tensioactifs doivent être utilisés en mélange pour obtenir une formulation stable. En effet, il existe une HLB requise par la phase hydrophobe pour une stabilité optimale, par exemple l'huile de paraffine nécessite une HLB de 11; s'il n'existe pas de tensioactif adéquat ayant cette valeur de HLB, il suffit de mélanger deux tensioactifs de manière à ce que la HLB du mélange soit à la valeur requise. En revanche la HLB ne permet pas de tenir compte de l'ensemble des paramètres du système (température, proportion et nature de l'huile etc).

Fonctions des tensioactifs

Les tensioactifs sont parfois dénommés selon la fonction qu'ils remplissent.

Détergents

Un détergent (ou agent de surface, détersif, surfactant) est un composé chimique, généralement issu du pétrole, doté de propriétés tensioactives, ce qui le rend capable d'enlever les salissures sur un support solide. La détersion est un élément d'hygiène fondamental, puisqu'il permet d'éliminer une grande partie des bactéries présentes sur les surfaces nettoyées, en particulier la peau, les ustensiles servant à la préparation et à la consommation des repas. Le pouvoir détersif des tensioactifs découle essentiellement de leur pouvoir solubilisant.

Les agents détergents ont souvent une HLB comprise entre 13 et 15.

Agents de solubilisation

À très faible concentration, les tensioactifs sont capables de former des solutions vraies dans une phase aqueuse. Lorsque leur concentration dépasse une valeur particulière (la concentration micellaire critique), les molécules du tensioactif se regroupent en agrégats appelés micelles. Ce regroupement se fait de sorte que leur pôle hydrophile soit le seul en contact avec les molécules d'eau. Par ce biais, certains tensioactifs sont capables de faire passer en "solution" des substances normalement insolubles dans le solvant utilisé. La substance insoluble est prise en charge par les micelles et s'y insère.

Les agents solubilisants ont souvent une HLB comprise entre 18 et 20.

Agents moussants

La formation de mousse, dispersion d’un volume important de gaz dans un faible volume de liquide, nécessite la présence d’agents tensioactifs qui s’adsorbent à l’interface eau-air.

Les agents moussants ont souvent une HLB comprise entre 3 et 8.

Agents mouillants

Le mouillage d'un solide par un liquide correspond à l'étalement du liquide sur le solide. En diminuant la tension superficielle solide-liquide, les agents mouillants permettent un plus grand étalement du liquide. Ce pouvoir mouillant participe à la mise en suspension de particules solides dans un liquide dans lequel elles sont insolubles, en chassant la couche d'air adhérant aux particules qui gêne la dispersion dans la phase liquide.

Les agents mouillants ont souvent une HLB comprise entre 6 et 8.

Agents dispersants

Les agents dispersants permettent de fixer les particules hydrophobes contenus dans une solution hydrophile, telle que de l'eau, ce qui permet de créer une dispersion, c'est-à-dire une solution aqueuse contenant des particules en suspension. Ces agents préviennent la floculation des particules, c'est-à-dire leur regroupement en plus grosses parties, qui pourraient alors facilement sédimenter dans le fond de la solution.

Agents émulsifiants

Un émulsifiant facilite la formation d'une émulsion entre deux liquides non miscibles (par exemple de l'eau et de l'huile). Dans une émulsion, le premier liquide (appelé phase discontinue) est dispersé dans le second liquide (appelé phase continue) sous forme de petites gouttelettes. Le rôle du tensioactif est de diminuer la tension de surface entre les deux phases liquides, en formant un film autour des gouttelettes dispersées.

Pour une émulsion E/H, plutôt utiliser un tensioactif dont la HLB est inférieure à 6. Pour une émulsion H/E, plutôt utiliser un tensioactif dont la HLB est supérieure à 10.

Tensioactifs antiseptiques

Certains tensioactifs (principalement les sels d'ammonium quaternaire) sont aussi utilisés pour leur pouvoir bactériostatique ou bactéricide dans des formulations pharmaceutiques ou cosmétiques. À faible dose, le cation du sel d'ammonium quaternaire se fixe les groupements terminaux acides ou autres anions de la membrane bactérienne, ce qui perturbe les fonctions de respiration et de reproduction de la bactérie. À plus fortes doses, on observe même la destruction complète de la membrane bactérienne (mais ces doses sont généralement toxiques pour l'homme).

Types de tensioactifs

On distingue quatre types de composés tensioactifs, regroupés selon la nature de la partie hydrophile :

1. tensioactifs anioniques : leur partie hydrophile est chargée négativement.

2. tensioactifs cationiques : leur partie hydrophile est chargée positivement.

3. tensioactifs amphotères : leur partie hydrophile comporte une charge positive et une charge négative, la charge globale est nulle.

4. tensioactifs non ioniques : la molécule ne comporte aucune charge nette.

Tensioactifs anioniques

Les tensioactifs anioniques libèrent une charge négative (anion) en solution aqueuse. Ils ont une balance Hydrophile/Lipophile (HLB) relativement élevée (8 à 18) car ils ont une tendance hydrophile plus marquée. Ils orientent l'émulsion dans le sens H/E, Huile/Eau (si HLB>18 alors détergent).

Parmi ce type de tensioactifs, on peut citer les savons, qui sont des sels d'acides gras, de formule générale RCOOM (R= longue chaîne hydrocarboné, M=un métal, un alcalin ou une base organique). Selon la nature du groupement M, on distingue les savons alcalins (savons de Na+, K+, NH4+), les savons métalliques (de calcium surtout) et les savons organiques (savon de triéthanolamine par exemple, dont le stéarate de triéthanolamine). On retrouve aussi des dérivés sulfatés (ex: laurylsulfate de sodium et laurylsulfate de triéthanolamine), très utilisés comme agents émulsionnants ou moussants, et des dérivés sulfonés (ex: dioctylsufosuccinate de sodium) souvent caractérisés par un fort pouvoir mouillant.

Ils ne sont pas compatibles avec les Tensioactifs cationiques.

Tensioactifs cationiques

Les tensioactifs cationiques libèrent une charge positive (cation) en solution aqueuse. Ce sont généralement des produits azotés (avec un atome d'azote chargé positivement). On peut notamment citer les sels d'ammonium quaternaire : sels d'alkyltrimethylammonium (bromure d'alkyltrimethylammonium), sels d'alkylbenzyldimethylammonium (ex: chlorure de benzalkonium). Ils ont des propriétés bactériostatiques et émulsionnantes. Ils ont une affinité avec la kératine de la peau ou des cheveux, car chargée négativement ; ils se combinent avec elle pour former un film lisse.

On les utilise dans les après-shampoing, les antipelliculaires, certaines teintures, les déodorants .Ils s'adsorbent à la surface des tissus, les chargeant négativement, réduisant les forces électrostatiques présentes, et par là l'électricité statique présente. Ils rendent les tissus plus souples. Ils sont irritants pour la muqueuse oculaire.

Ils ne sont pas compatibles avec les tensioactifs anioniques.

Tensioactifs ampholytes

Les tensioactifs amphotères contiennent à la fois des groupements