Les agents moussants (tensioactifs) ou détergents émulsifiants

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CLASSIFICATION DES TENSIOACTIFS

On peut classer les tensioactifs en fonction de la nature de leur tête hydrophile ou de leur chaîne hydrophobe.

Classification basée sur la nature de la tête hydrophile

C’est la classification la plus couramment utilisée et l’on y distingue quatre grandes classes selon la nature du groupe hydrophile : les dérivés anioniques, cationiques, amphotères et non ioniques.

Les tensioactifs anioniques

Ce sont les premiers à avoir été synthétisés et les plus utilisés dans le monde, (Tableau III). Ce sont des molécules qui donnent des anions organiques dans l’eau (un groupement acide déprotoné qui peut être carboxylate, sulfate, sulfonate…) associés à des cations (généralement un métal alcalin). Ils constituent de très bons agents moussants et détergents. De très nombreux savons sont des dérivés anioniques, les exemples les plus répandus étant les carboxylates dérivant de produits naturels comme la noix de coco, l’huile de palme ou d’amande. Les sulfonates constituent à eux seuls, plus de la moitié de la production en tensioactifs anioniques en raison de leur utilisation dans le domaine de la détergence. On trouve principalement des alkylbenzènesulfonates et des lignosulfonates. Ces agents de surface sont aussi d’excellents dispersants utilisés dans les boues de forage ainsi que dans le secteur du bâtiment et des travaux publics. D’autre part, les tensioactifs anioniques sont les ingrédients de base des produits d’hygiène et des cosmétiques [11,12].

Les tensioactifs cationiques

Ils portent une charge positive sur la partie polaire, le plus souvent un ammonium (Tableau III). Ils sont plus chers car les réactifs et la mise en œuvre des procédés sont d’un coût plus élevé. Cela a freiné leur développement malgré des synthèses qui remontent au tout début du 20ème siècle. La découverte de leurs propriétés bactériostatiques les a rendus plus importants et désormais, leur domaine d’application s’est élargi. En effet, ils sont employés comme agents antistatiques adoucissants, antimoussants… [13].

Les tensioactifs amphotères

Ils portent à la fois une charge positive et une charge négative, ce sont donc des molécules zwitterioniques (Tableau III). Ils sont analogues aux phospholipides naturels et constituent une famille de produits peu irritants et peu agressifs sur le plan biologique [14].

Les tensioactifs non ioniques

Ils ne donnent pas d’ions dans l’eau, leur solubilité est due à la présence de groupements polaires (Tableau III). Ces tensioactifs sont compatibles avec les trois autres groupes et de ce fait sont souvent utilisés avec d’autres amphiphiles dans des formulations à usages spécifiques. La partie hydrophobe est greffée à la tête hydrophile par des liaisons de type éther, ester, amide… La tête polaire est constituée soit par des ponts oxygène, soit par des groupements hydroxyles. Le premier cas est celui des dérivés de l’oxyde d’éthylène, quant au second, il concerne les produits de condensation sur des polyols (glycérol, polyglycérol, sucres et leurs dérivés) [15].

Classification basée sur la nature de la chaîne hydrophobe

La partie hydrophobe d’un tensioactif est souvent constituée d’une chaîne hydrocarbonée, mais cette chaîne peut également être siliconée ou fluorocarbonée, ce qui permet de classer les tensioactifs également selon ces critères.

Les tensioactifs hydrocarbonés

La partie hydrophobe peut être constituée d’une ou plusieurs chaînes hydrocarbonées, saturées ou non, linéaires ou ramifiées, ou encore condensées sur un cycle aromatique. Pour qu’une molécule possède des propriétés tensioactives marquées, il est nécessaire que sa partie hydrophobe soit assez importante, c’est à dire que la chaîne carbonée soit suffisamment longue mais cette longueur est aussi limitée par le pouvoir solubilisant des groupements hydrophiles. De ce fait, la chaîne carbonée d’un tensioactif a en général, un nombre de carbones compris entre 6 et 18 (dans le cas de chaînes saturées). Toutes ces chaînes hydrophobes peuvent être d’origine naturelle ou synthétique [5].

Les tensioactifs siliconés

Les agents de surface « siliconés » sont en général des copolymères de polysiloxane et une ou plusieurs chaînes polymères d’oxyalkylène. Les atomes de silicium apportent une hydrophobie supplémentaire par rapport aux composés hydrocarbonés. Par exemple, le General Electric’s Silicone SF-1034 est : C2H5Si O Si CH3 2 O Z C2H4O X C3H6O Y C4H9 3 C2H5Si {O [Si(CH3)2O]z(C2H4O)x(C3H6O)yC4H9}3
Ces tensioactifs « siliconés » sont très intéressants pour l’obtention de mousse, ce qui donne des isolants de bonne densité [16].

Les tensioactifs fluorocarbonés

Les tensioactifs fluorocarbonés sont constitués d’une tête hydrophile et d’une queue hydrophobe formée d’une chaîne perfluorocarbonée terminée par un groupement CF3 [16]. Industriellement, les premiers dérivés organiques fluorés employés dès leur découverte en 1930 MIDGLEY et HENNE [17], furent les fréons. Leurs propriétés physiques adaptées et leur inflammabilité en faisaient les candidats idéaux pour fluides frigorigènes et propulseurs. Paradoxalement, à côté de ces molécules à courtes chaînes, se développaient au même moment les polymères fluorés (tétrafluoroéthylène, hexafluoropropylène…), alors que l’étude des dérivés perfluorés intermédiaires est beaucoup plus récente.
Les intérêts des amphiphiles fluorés sont nombreux. D’une part, les atomes de fluor sont petits, leur rayon n’est que de 10% plus grand que celui des atomes d’hydrogène. Cette faible différence de taille ainsi que les effets de répulsion du fluor expliquent que contrairement aux chaînes hydrocarbonées qui adoptent une structure en zigzag, les chaînes fluorocarbonées sont plus rigides. Elles ressemblent ainsi à une barre d’atomes de carbones recouverte d’une enveloppe d’atomes de fluor. D’autre part, la force de la liaison C-F (484 kJ/mol comparés aux 412 kJ/mol de la liaison C-H) confère aux composés fluorés une grande résistance à la chaleur et aux agents chimiques. De ce fait, ce sont des produits de choix entrant dans des formulations très ciblées, comme les mousses anti-feu, et ce, malgré le coût élevé de la matière première. De plus, les faibles interactions qui existent entre les chaînes fluorocarbonées expliquent le fait que les tensions superficielles obtenues avec leurs solutions aqueuses atteignent des valeurs les plus faibles connues (de 15 à 20 mN/m par rapport au 25 à 35 mN/m pour un tensioactif perhydrogéné). Enfin, l’hydrophobie des composés fluorés est plus importante. En effet, pour qu’un produit soit tensioactif, sa chaîne fluorée doit comporter au minimum quatre carbones contre un minimum de six carbones dans le cas d’un hydrogéné. Ces dérivés sont également doués de propriétés lipophobes vis-à-vis des solvants carbonés et des huiles, ce qui leur confère des propriétés très particulières [18].

Les tensioactifs hybrides

Le terme de « tensioactif hybride » désigne des molécules amphiphiles qui comportent deux groupes hydrophobes de nature différente. L’un peut être, par exemple, une chaîne hydrocarbonée et l’autre, une chaîne perflurorocarbonée. La synthèse et la caractérisation de ce type de structure est très récente et date du début des années 90. Théoriquement, dans un mélange contenant un tensioactif fluoré et un tensioactif hydrogéné approprié, le rôle du tensioactif fluoré est de réduire la tension superficielle tandis que celui du partenaire hydrogéné est de diminuer la tension inter-faciale. Le résultat obtenu peut être un système mouillant, qui s’étale facilement sur des surfaces habituellement difficiles à mouiller. Mais, il n’est pas toujours réalisable d’effectuer ce mélange. En effet, pour des tensioactifs ioniques possédant la même charge au niveau de la tête polaire, l’avantage de cette association est limité à cause de la démixtion entre le tensioactif fluoré et celui hydrogéné. La solution pour remédier à ce problème est de synthétiser des tensioactifs hybrides. Cet exemple montre l’intérêt, d’une part, d’associer une chaîne fluorée et une chaîne hydrogénée, mais également celui de pouvoir les associer à une même tête polaire [19].

APPLICATIONS DES TENSIOACTIFS

« Sans les tensioactifs, nous serions complètement désarmés devant 90 % des problèmes industriels » affirme Pierre Gilles de Gennes, prix Nobel de physique en 1993. En effet, les activités concernées par l’usage des tensioactifs sont innombrables. Tous les secteurs industriels y font appel, que ce soit en tant que matières premières, essentiellement dans des formulations (shampooings, détergents, savons, cosmétiques…) ou en tant que produits auxiliaires de fabrication (textiles, cuirs, peintures, photographie…). Les applications pour lesquelles sont utilisés les tensioactifs dépendent évidemment de leurs propriétés. Nous allons donc voir dans un premier temps les différentes propriétés des tensioactifs puis leurs domaines d’utilisation [5].

Propriétés des tensioactifs

Les tensioactifs sont doués d’un certain nombre de propriétés :

Pouvoir solubilisant

Les solutions d’agents de surface, au-delà de leur CMC, ont la propriété d’augmenter la solubilité apparente des composés pas ou peu solubles dans l’eau, soit en incluant dans la micelle des molécules de produits, soit en formant des micelles mixtes avec le produit à solubiliser. Ce phénomène est mis à profit, par exemple, dans la teinture des fibres polyesters ou pour la polymérisation en émulsion [20].

Pouvoir moussant

Il est lié aux caractéristiques mécaniques des films superficiels qui constituent les parois des bulles de la mousse. Certains tensioactifs ont la capacité de former rapidement des couches interfaciales et superficielles, assez résistantes pour ne pas céder à la pression interne de l’air emprisonné et à la pression externe des molécules d’eau mais également assez élastiques pour encaisser tous les petits chocs mécaniques au cours de leur déplacement sans éclater. Cette propriété est mise à profit principalement dans les shampooings, les produits douche et les boues de forage [6].

Pouvoir anti mousse

A l’opposé des tensioactifs moussant, les anti mousses sont des produits susceptibles de se rassembler aux interfaces et de désorganiser les films superficiels en faisant chuter leurs propriétés mécaniques [21].

Pouvoir émulsionnant

Il permet de disperser et de maintenir en suspension un liquide dans un autre liquide non miscible. Les applications des émulsions sont très nombreuses, notamment en cosmétique, car elles permettent de présenter des principes actifs le plus souvent présents dans les corps gras sous des formes directement utilisables car dispersées dans suffisamment d’eau [20].

Pouvoir mouillant

Il favorise l’étalement d’un liquide sur une surface lisse et augmente la vitesse de pénétration dans les substances poreuses. Cette propriété est mise à profit quand une solution traitante doit agir sur une surface lisse (lavage des sols, traitement phytosanitaire des feuilles…) ou lorsque des corps poreux doivent être traités par une solution aqueuse (teinture et blanchiment des textiles…) [6].

Pouvoir dispersant

Il augmente la stabilité des suspensions de petites particules solides dans un liquide en évitant leur agrégation. Cette caractéristique est utilisée pour des dispersions de boues de forage, de pigments dans les peintures… [6].

Pouvoir détergent

Il permet, aux agents de surface, de détacher d’un support les saletés qui le souillent et de les maintenir en dispersion. Il résulte principalement de la conjugaison des pouvoirs mouillant, émulsionnant et dispersant. Il n’existe pas de détergent universel et chaque application nécessite le choix des produits et d’une formulation [6].

Domaines d’utilisation des tensioactifs

Les tensioactifs sont utilisés dans différents secteurs :

Secteur domestique

Le secteur domestique représente plus de 50% de la consommation en tensioactifs. En effet, les agents de surface sont présents à tous les échelons de notre quotidien dans des produits de grande consommation. Il s’agit essentiellement de produits d’entretien et d’hygiène [22].

Secteur de la chimie

Bien que productrice, la chimie représente aussi l’un des principaux utilisateurs des agents de surface. Ceux-ci interviennent dans les mises en contact de phases au cours des opérations d’extraction et de séparation, améliorant ainsi nettement les procédés tout en permettant des économies d’énergie, ce qui malgré le coût de départ, les rend indispensables [23].

Secteur textile

L’industrie textile demeure encore le deuxième consommateur de tensioactifs. Les composés amphiphiles réduisent les frictions au cours du filage et du tissage, améliorent l’application des couleurs, minimisent la charge statique… [24].

L’industrie pétrolière

Dans ce secteur, les agents de surface sont utilisés au cours du forage et pendant les phases de récupération [25].

Cosmétologie

L’agroalimentaire, la peinture, la papeterie, et la cosmétologie sont également des domaines d’utilisation des tensioactifs [26].

Biologie

Les tensioactifs sont couramment utilisés dans le domaine de la pharmacie, principalement pour leurs propriétés de solubilisation.
Les composés tensioactifs peuvent être utilisés comme vecteurs de principes actifs dans l’organisme. C’est le cas des liposomes qui sont des vésicules phospholipidiques bilamellaires, rappelant la structure des membranes cellulaires et, qui sont de ce fait, principalement utilisées comme modèle membranaire. Leur capacité à piéger l’eau et les solutés à l’intérieur de la bicouche lipidique en fait de bons modèles pour le transport des molécules à visée thérapeutique. De ce fait, de nombreuses études existent portant sur la mise au point de nouveaux liposomes, qui peuvent être également fluorés. Les composés perfluorés sont dotés de pouvoir de dissolution étendus vis-à-vis des gaz (l’oxygène en particulier), leur utilisation en tant que substitut du sang est très étendue. La formulation de ces émulsions de fluorocarbures fait intervenir des tensioactifs pouvant être évidemment fluorés, puisque ces amphiphiles sont capables d’abaisser la tension interfaciale entre l’eau et le fluorocarbure à de très basses valeurs [27,28].

GENERALITES SUR LES PATES DENTIFRICES. I. DEFINITION

Un dentifrice est une suspension homogène d’un abrasif solide, pulvérulent, insoluble dans l’eau, dans un milieu suffisamment visqueux pour assurer la stabilité de l’ensemble. L’addition de produits moussants ou détergents renforce les propriétés de nettoyage de l’abrasif. Il est souvent nécessaire d’ajouter des agents épaississants et des conservateurs. Les produits peuvent être colorés avec des édulcorants. Le dentifrice comporte en outre un ou plusieurs principes actifs qui lui confèrent des propriétés spécifiques [29].

COMPOSITION

Un dentifrice comporte quelle que soit sa forme (pâte, liquide ou gel) : un ou plusieurs principes actifs et des excipients.

Les principes actifs

Les premiers dentifrices avaient deux fonctions essentielles : le nettoyage des dents et le rafraichissement de l’haleine. A ces fonctions purement cosmétiques, on a, par l’incorporation d’un ou de plusieurs principes actifs dans les dentifrices, ajouté d’autres fonctions telles que la prévention des caries dentaires, le contrôle de la formation de la plaque bactérienne et du tartre, le traitement des gingivites de l’halitose et de l’hypersensibilité dentaire [30].

Les fluorures

Ils exercent une action préventive mais aussi curative sur l’initiation et la progression de la carie dentaire. Il existe deux types de fluorures : les fluorures inorganiques et organiques.
Les fluorures inorganiques comprennent :
 le fluorure de sodium : il est trop soluble et la libération de l’ion fluor est facile d’où une interaction rapide avec la surface de l’émail ;
 le mono fluorophosphate de sodium : il est largement utilisé parce qu’il ne réagit pas avec les agents abrasifs incompatibles avec les fluorures ionisés ;
 le fluorure d’étain : cet agent est cariostatique, antibactérien et désensibilisant. Cette dernière propriété fait que le fluorure d’étain est fréquemment utilisé dans les pâtes dentifrices anti hypersensibilités dentinaires ;
 le fluorure de potassium : utilisé dans la fabrication du sel de cuisine fluoré.
Les fluorures organiques essentiellement constitués par Les fluorures d’amines. Leur supériorité sur les fluorures inorganiques s’explique par leur pouvoir rémanent c’est-à-dire la persistance prolongée du fluorure. Des études ont montré que des administrations espacées jusqu’à 5 jours ont une action inhibitrice sur la carie alors que pour les autres dentifrices, l’inhibition cesse immédiatement après l’arrêt de la mise en place du produit. Les fluorures d’amines ont une affinité très importante pour la surface amelaire ce qui leur offre un potentiel d’adhérence à l’émail [31,32].

Les agents anti bactériens

Ils inhibent la formation de la plaque bactérienne qui est le facteur étiologique essentiel des caries et des parodontopathies. Ils doivent cependant avoir un large spectre d’activité sans entraîner un déséquilibre de l’écologie buccale, ni faire apparaître des pathologies opportunistes et des résistances bactériennes à certains antiseptiques [33].
Ces agents peuvent être :
 des cations : les dérivés de la pyrimidine (hexetidine), les Bis biguanides (chlorexidine) ;
 des sels métalliques : ce sont des ions métalliques tels que le zinc (Zn2+), l’étain (Sn2+), le cuivre (Cu2+) qui limitent la croissance bactérienne. Les effets indésirables de ces agents peuvent être la coloration des dents, des muqueuses, des obturations et/ou la perturbation du goût [34,35].

Les agents anti halitose

L’halitose d’origine buccale est due à des bactéries qui métabolisent des substances présentes dans la cavité buccale : cellules desquamées, débris alimentaires. Comme exemple d’agents anti halitose : La chlorexidine sodique seule ou associée avec du chlorure de zinc, du citrate de zinc et du bicarbonate de sodium est un agent anti halitose [36].

Agents blanchissant

Les colorations dues aux aliments, au tabac etc. peuvent être éliminées par les dentifrices «  blanchissants ». Ces agents ne donnent pas aux dents une teinte blanche mais rendent leurs surfaces propres et éclatantes [36].

Agents anti tartre

Ils n’éliminent pas le tartre comme on peut le penser mais ils contrôlent la minéralisation de la plaque et ralentissent la formation du tartre (le citrate de zinc, les chlorures de zinc) [36].

Les agents anti hypersensibilité dentaire

Les traitements de ces hypersensibilités seront orientés vers la nécessité de réduire la perméabilité dentaire qui en est responsable. Les produits utilisés sur la dentine exposée ne doivent : ni irriter la pulpe, ni provoquer des douleurs, ni colorer les dents. A titre d’exemple, nous avons le chlorure de strontium qui s’échange avec le calcium de l’hydroxyapatite de la paroi tubulaire pour former des cristaux de phosphates de strontium favorisant l’oblitération des tubuli [29].

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LES TENSIOACTIFS ET LES PATES DENTIFRICES
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES TENSIOACTIFS
I. DEFINITION ET CARACTERISTIQUES
I.1. Définition
I.2. Caractéristiques
II. CLASSIFICATION DES TENSIOACTIFS
II.1. Classification basées sur la nature de la tête hydrophile
II.1.1. Les tensioactifs anioniques
II.1.2. Les tensioactifs cationiques
II.1.3. Les tensioactifs amphotères
II.1.3. Les tensioactifs non ioniques
II.2. Classification basées sur la nature de la chaîne hydrophobe
II.2.1. Les tensioactifs hydrocarbonés
II.2.2. Les tensioactifs siliconés
II.2.3. Les tensioactifs fluorocarbonés
II.2.4. Les tensioactifs hybrides
III. LES APPLICATIONS DES TENSIOACTIFS
III.1. Propriétés des tensioactifs
III.1.1. Pouvoir solubilisant
III.1.2. Pouvoir moussant
III.1.3. Pouvoir anti mousse
III.1.4. Pouvoir émulsionnant
III.1.5. Pouvoir mouillant
III.1.6. Pouvoir dispersant
III.1.7. Pouvoir détergent
III.2. Domaines d’utilisation des tensioactifs
III.2.1. Secteur domestique
III.2.2. Secteur de la chimie
III.2.3. Secteur textile
III.2.4. L’industrie pétrolière
III.2.5. Cosmétologie
III.2.6. Biologie
CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES PATES DENTIFRICES
I. DEFINITION
II. COMPOSITION
II.1. Les principes actifs
II.1.1. Les fluorures
II.1.2. Les agents antibactériens
II.1.3. Les agents anti halitose
II.1.4. Agents blanchissants
II.1.5. Agents anti tartre
II.1.6. Les agents anti hypersensibilité dentaire
II.2. Les excipients
II.2.1. Les agents polissant ou abrasifs
II.2.2. Les agents moussants (tensioactifs) ou détergents émulsifiants
II.2.3. Les agents humectant
II.2.4. Les agents épaississants
II.2.5. Les aromes
II.2.6. Les agents conservateurs
II.2.7. Les agents colorants
II.2.8. Effets indésirables des excipients
III. PRODUCTIONS ET USAGES
DEUXIEME PARTIE : TRAVAIL EXPERIMENTAL
CHAPITRE I : MATERIEL ET METHODES
I. CADRE DE L’ETUDE
II. MATERIEL
II.1. Echantillons
II.2. Appareillage et verrerie
III. METHODES
III.1. Le tensiomètre de DOGNON-ABRIBAT modèle Prolabo
III.1.1. Principe
III.1.2. Mode opératoire
III.2. La Stalagmométrie
III.2.1. Principe
III.2.1. Mode opératoire
III.3. Détermination des densités
CHAPITRE II : RESULTATS
I. AVEC LE TENSIOMETRE DE DOGNON-ABRIBAT
II. AVEC LA STALAGMOMETRIE
CHAPITRE III : COMMENTAIRES
I. AVEC LE TENSIOMETRE DE DOGNON-ABRIBAT
II. AVEC LA STALAGMOMETRIE
III. LES DENSITES DES SOLUTIONS
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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