Les tensioactifs hydrocarbones

LES TENSIOACTIFS HYDROCARBONES

Les tensioactifs hydrocarbonés sont des molécules très importantes dans la mesure où elles nous permettent entre autres, dans les formulations, d’améliorer les émulsions H/E ou E/H, de faciliter la solubilité des composés normalement insolubles en milieu aqueux tels que les monomères organiques. Compte tenu de ces avantages, il devient nécessaire de connaître ces molécules afin de mieux pouvoir les utilisées dans une formulation donnée .

Définitions

Les tensioactifs 

Les tensioactifs encore appelés agents de surface ou surfactants (en anglais) sont des molécules d’origine naturelle ou synthétique possédant d’une part une queue à caractère hydrophobe (ou chaine lipophile qui a plus d’affinité avec les lipides) et d’autre part une tête hydrophile (ou lipophobe c’est-à-dire qui a moins d’affinité avec les lipides) généralement polaire .

Pour qu’un composé soit un surfactant, il doit remplir les trois critères suivants:
➤ être composé de groupes polaires et non polaires
➤ présenter une activité de surface
➤ pouvoir former des agrégats auto-assemblés (micelles, vésicules, cristaux liquides, etc.) dans les liquides [9].

Le tensioactif est caractérisé par sa tendance spontanée à s’adsorber aux surfaces et aux interfaces. C’est un composé organique largement utilisé en agriculture, en microémulsions, dans les formulations pharmaceutiques, en biotechnologie, en nanotechnologie, dans la cosmétique, dans la détergence, en impression, en microélectronique, dans les mines et autres industries [10, 12, 13].

En effet lorsque le surfactant est ajouté dans un système, les molécules de tensioactifs se déplacent d’une façon spontanée vers l’interface. Ainsi, la queue hydrophobe de la molécule repose soit à plat sur la surface (peu de molécules de surfactants à l’interface), soit elle s’aligne sur le liquide le moins polaire (nombre suffisant de molécules de surfactants à l’interface). Tandis que la tête hydrophile, quant à elle, s’oriente vers la phase polaire. De surcroît, il en découle une destruction des forces cohésives entre les molécules polaires et non polaires et une substitution des molécules non polaires à l’interface. Ensuite l’interaction des molécules à l’interface se produit entre la tête hydrophile du tensioactif et les molécules de la phase polaire d’une part et d’autre part entre la queue hydrophobe du tensioactif et les molécules de la phase non polaire. Ainsi, en raison des interactions nouvellement développées, qui sont prépondérantes par rapport à celles qu’il y avait entre les molécules polaires et apolaires, on assiste à une diminution de la tension à l’interface [9,14].

Phénomènes de micellisation

Les micelles sont des agrégats colloïdaux thermodynamiquement stables, formées spontanément par des amphiphiles au-dessus d’une plage de concentration appelée concentration micellaire critique (CMC) [15]. La formation de micelles en solution confère aux tensioactifs d’excellentes propriétés de détergence et de solubilisation [5].

Une micelle est une structure dynamique. C’est-à-dire que les tensioactifs quittent la micelle et se mettent en solution tandis que d’autres tensioactifs pénètrent dans la micelle à partir de la solution [16]. En d’autres termes, La formation de micelles s’explique également par le fait que les portions hydrophobes, incapables de former des liaisons hydrogènes en phase aqueuse créent un accroissement drastique d’énergie libre du système. Ainsi une façon de diminuer cette énergie est soit d’isoler la partie hydrophobe de l’eau par adsorption sur des matières organiques ou de former des micelles [17]. En effet, en solution et à faible concentration, le tensioactif est présent sous forme de monomère. Cependant au-dessus d’une certaine concentration appelée concentration micellaire critique (CMC), les molécules de monomères s’associent pour former des agrégats moléculaires entre autres des micelles, mesurant entre 1 nm et 1 μm, afin de diminuer drastiquement les contacts entre les parties hydrophobes des molécules de tensioactifs et les molécules d’eau qui ne favorisent pas la stabilité du système. Ainsi après le dépassement de la CMC, un état d’équilibre est atteint dans la solution entre les molécules d’agents tensioactifs sous forme de monomères et des molécules dans des agrégats micellaires [18]. Une micelle est constituée d’un ensemble de tensioactifs dont le nombre est compris entre 50 et environ 200. Ainsi la quantité décrivant le nombre moyen de molécules de tensioactifs pouvant former une micelle est appelé nombre d’agrégation [19].

Différents types de micelles 

Il existe deux types de micelles : directes et inverses Lorsque dans un mélange, le solvant majoritaire ou continu est l’eau, alors les tensioactifs s’agrègent de telle sorte que les têtes hydrophiles s’orientent vers l’extérieure et les queues hydrophobes vers l’intérieure. Ainsi dans ce cas on parle de micelle directe comme on peut le voir sur la figure (a). Par contre si le solvant continu est particulièrement l’huile ou tout autre solvant apolaire de manière générale, dans ce cas il se forme des micelles dites indirectes .

Différents types de tensioactifs 

Les tensioactifs peuvent être classés en fonction de leur structure (nombre et disposition des pôles hydrophiles et hydrophobes au sein de la molécule). Néanmoins, le tensioactif le plus courant est celui nommé tensioactif monocaténaire comportant une tête hydrophile et une chaîne hydrophobe [20]. Cependant ces tensioactifs monocaténaires ne sont pas aussi efficaces pour assurer une diminution optimale vis-à-vis des propriétés telles que la CMC et la tension à l’interface. Ainsi en vue d’optimiser ces propriétés, de nouveaux types de tensioactifs tels que les tensioactifs gémini (deux fragments de tensioactifs connectés au niveau des groupes de tête ou près des groupes de têtes par un groupe d’espacement), les tensioactifs possédant une tête et plusieurs chaines (ex : bicaténaire, tricaténaire…) et les tensioactifs bolaformes (composés de deux têtes et d’une ou de plusieurs chaines) ont été proposés. Ces tensioactifs possèdent une capacité de réduction de la CMC et de la tension superficielle meilleure que les tensioactifs monocaténaires .

Classification des tensioactifs 

Les tensioactifs peuvent être classés de différentes manières (importance économique, solubilité dans l’eau, valeur HLB, propriétés, applications …). Cependant le classement le plus communément connu des surfactants est basé sur leur capacité à se dissocier dans l’eau c’est-à-dire suivant la polarité de leur tête. Ils sont répartis en quatre classes :
❖ les tensioactifs anioniques
❖ les tensioactifs cationiques
❖ les tensioactifs amphotères (ou zwitterioniques)
❖ les tensioactifs non ioniques (ou neutres) .

Les tensioactifs anioniques

Ce sont les tensioactifs les plus utilisés industriellement, notamment dans le domaine de la détergence, grâce à leur propriété moussante. En solution aqueuse, ils se dissocient pour générer un anion organique et un cation de faible poids moléculaire. Les tensioactifs anioniques possèdent un groupe hydrophile qui porte une charge négative comme un groupe carboxylate, sulfonate ou sulfate [16]. A titre d’exemple, nous pouvons citer les carboxylates (ex : laurate de sodium dans les savons), les sulfates (ex : lauryléther sulfate de sodium dans les shampooings et gels de douche) et les sulfonates (ex : dodecylbenzène sulfonate en détergence) .

Esters sulfates
L’un des tensioactifs de cette famille le plus étudié est le dodécylsulfate de sodium (SDS). Comme leur nom l’indique, les tensioactifs ester sulfates contiennent un groupement ester d’acide sulfurique, qui agit en tant que groupe solubilisant. Cette classe de matériaux a comme formule générale ROS, où R représente le groupement hydrophobe. La synthèse des esters sulfates implique généralement soit l’estérification d’un alcool avec de l’acide sulfurique .

Les tensioactifs esters sulfatés ont atteint leur grande importance technique grâce à leurs propriétés suivantes :
❖ une bonne solubilité dans l’eau, une bonne activité de surface et une stabilité chimique raisonnable
❖ une voie synthétique relativement simple favorisant une production commerciale à faible coût
❖ des matières premières facilement accessibles provenant d’un certain nombre de sources agricoles et pétrolières [9].

En plus du SDS, l’hexadécyl sulfate de Guerbet (C16GS) a été synthétisé par sulfatation d’un alcool hexadécylique de Guerbet (C16GA) avec le SO3 comme l’agent de sulfatation et le dichloroéthane comme solvant. Apres comparaison par rapport au SDS, on constate que le C16GS présente des propriétés physico-chimiques (tension superficielle, CMC, mouillabilité, capacité émulsifiante) meilleures [22].

Sels d’acide sulfonique 

Les sulfonates sont des sels d’acides sulfoniques, dans lesquels un groupe hydroxysulfonyle est lié via le soufre directement à un atome de carbone du résidu hydrophobe. Cette liaison est thermiquement et chimiquement très stable. La bonne solubilité de ces tensioactifs résulte de la forte affinité qu’il y a entre le groupe sulfonate et l’eau. Néanmoins cette solubilité diminue avec l’augmentation de la masse molaire. Les sulfonates sont aujourd’hui les groupes les plus importants parmi les tensioactifs synthétiques. Par exemple, les sulfonates lignines et les sulfonates de pétrole sont importants sur le plan industriel. En effet, en tant que dispersants exceptionnels, les sulfonates de lignine sont utilisés pour améliorer la viscosité des mélanges de béton et les boues de forage et les sulfonates de pétrole sont utilisés principalement comme tensioactifs solubles dans l’huile pour la production d’émulsions eau-dans-huile. Les deux types de sulfonates pourraient devenir importants comme surfactants dans la production tertiaire de pétrole brut.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I: LES TENSIOACTIFS HYDROCARBONES
I-1-Définitions
I-1-1-Les tensioactifs
I-1-2-Phénomènes de micellisation
I-1-3-Différents types de tensioactifs
I-1-4-Classification des tensioactifs
I-1-5-Propriétés physico-chimiques des tensioactifs
I-1-6-Concentration micellaire critique
I-1-7-La thermodynamique de micelisation et d’adsorption
I-1-8-Facteurs influençant la micellisation
I-1-9-Efficacite et performance
I-1-10-Paramètre d’empilement critique
I-1-11-Facteurs influençant la CMC
I-1-12- Solubilité
I-1-13-Point de KRAFFT
I-1-14-Les tensioactifs mixtes
I-1-15-Les tensioactifs siliconés
I-1-16-Le rôle des tensioactifs hydrocarbonés en électrochimie
CHAPITRE II : LES TENSIOACTIFS FLUORES
II-Définition
II-1- Tensioactifs catanioniques fluorés
II-2-Procédure de synthèse de quelques tensioactifs catanioniques fluorés
II-3- Domaine d’application des tensioactifs
II-3-1-Secteur de la détergence
II-3-2-Secteur du cosmétique
II-3-3-Secteur industriel
II-3-4-Secteur pharmaceutique
II-3-5-Le rôle des tensioactifs dans les systèmes biologiques
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES
RESUME
ABSTRACT

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