Tensioattivi non ionici

I tensioattivi non ionici non hanno cariche quando sono sciolti in acqua; la parte idrofila della molecola che agisce da solubilizzante è, in genere, rappresentata dall’ossigeno dell’ossido di etilene che mostra affinità verso l’acqua grazie alla formazione di ponti di idrogeno.

L’ossido di etilene (o ossirano ) è il più semplice composto eterociclico contenente ossigeno e, più specificatamente è il più semplice degli epossidi (eteri ciclici in cui l’ossigeno è uno degli atomi di un anello a tre termini). Oltre agli addotti di ossido di etilene, fanno parte della classe dei tensioattivi non ionici anche gli esteri degli zuccheri e gli alchilo-ammidi di acidi grassi.

In genere il contenuto di ossido di etilene nella molecola del tensioattivo va dal 50 all’80% in peso in modo che si ottengano prodotti solubili in acqua a temperatura ambiente e con buone proprietà tensioattive.

La reazione di etossilazione con sostanze contenenti atomi di idrogeno attivi viene condotta in presenza di basi nella concentrazione dello 0.1-1% in peso rispetto a tali sostanze a temperature che vanno dai 100 ai 200°C.

La reazione comporta l’attacco del nucleofilo all’ossido di etilene:

RX^– + C₂H₄O → RX-C₂H₄O^–

La velocità della reazione dipende dalla concentrazione di RX^– e  C₂H₄O ed è quindi una sostituzione nucleofila SN₂. L’anione ossietilenico può reagire ancora con RXH per dare:

RXH + RX-C₂H₄O^– ⇄  RX^– + RX-C₂H₄OH

Si ottengono prodotti a diverso grado di etossilazione a seconda dei composti di partenza e delle condizioni di reazione. I tensioattivi non ionici vengono raggruppati in quattro sottoclassi che si riferiscono a condensati con ossido di etilene, differenziati a seconda del tipo di legame con la parte idrofoba.

Esempi di tensioattivi non ionici

Etossilati eterei

In questa sottoclasse sono compresi i composti in cui la parte idrofila poliossietilenica della molecola è legata alla parte idrofoba con un ossigeno etereo. La struttura di questi composti può essere così rappresentata schematicamente: R-O-(CH₂-CH₂O)_nH. Essi rappresentano il tipo quantitativamente più importante dei tensioattivi non ionici. A seconda della natura della parte idrofoba R si possono distinguere diversi tipi di tensioattivi:

1)      Alchilfenoli etossilati. Presentano una catena alchilica lineare o ramificata nel campo C₈– C₁₂. I composti sono ottenuti per reazione tra alchilfenolo e ossido di etilene: si ottengono prodotti a diverso grado di etossilazione e, a seconda del contenuto di ossido di etilene nella molecola, si hanno diverse proprietà chimiche e fisiche.

Così, ad esempio, all’aumentare della percentuale di ossido di etilene tali sostanze passano dallo stato liquido allo stato ceroso, diventano più solubili in acqua e meno solubili in solventi non polari. Anche le proprietà tensioattive sono funzione del contenuto di ossido di etilene per cui questo fattore ha un maggior effetto sulle caratteristiche dei prodotti di quanto non lo abbia la catena alchilica

2)      Alcoli etossilati. Anche nel caso di alcoli etossilati i diversi tipi di alcoli di partenza hanno un modesto influsso sulle proprietà fisiche e tensioattive.

3)      Copolimeri di polialchilenossidi. Si tratta in genere di condensati di ossido di propilene, a carattere più idrofobo e ossido di etilene a carattere più idrofilo con un composto a idrogeno attivo come alcoli mono-, di- e trifunzionali. Si possono distinguere tre tipi fondamentali di copolimeri: quelli a blocchi, quelli misti e quelli intermedi tra i due che, nel caso di un alcol monofunzionale si possono rappresentare schematicamente come segue:

a)      R-O(C₃H₆O)_m · (C₂H₄O)_nH

b)     R-O(C₃H₆O · (C₂H₄O)_nH

c)      R-O(C₃H₆O)_m · (C₃H₆O · C₂H₄O)_nH

Etossilati esterei

In questa sottoclasse sono compresi i composti in cui la parte idrofila della molecola, che comprende la catena poliossietilenica, è legata alla parte idrofoba attraverso un gruppo carbossilico con conseguente formazione di un estere. Nel caso più semplice di un acido grasso etossilato la struttura del composto può essere così schematizzata: R-COO(C₂H₄O)_nH. Oltre agli etossilati da acidi grassi hanno una certa importanza anche etossilati di esteri derivati da acidi grassi e alcuni polialcoli

Acidi etossilati

La preparazione di acidi etossilati si può eseguire in due modi a partire dagli acidi grassi trattandoli o con ossido di etilene in presenza di basi, o con polietilenglicole in presenza di acidi. In entrambi i casi si ottiene un monoestere, diestere e poliglicole in rapporti variabili a seconda delle condizioni impiegate. Le proprietà di tali composti sono tipiche dei non ionici: così ad esempio la solubilità in acqua è buona per un contenuto di almeno il 60% di ossido di etilene. Per quanto attiene le proprietà chimiche esse sono caratterizzate dalla presenza di un legame estereo che è sensibile, a differenza di quanto visto prima per il legame etereo, all’idrolisi in ambiente acido e alcalino

Esteri di polialcoli etossilati

 Sono prodotti a partire da esteri di un polialcol come glicerolo e di acidi grassi. Si può effettuare una condensazione con ossido di etilene di tali esteri in presenza di un catalizzatore basico. Si ritiene che avvenga una transesterificazione per cui il gruppo estereo inizialmente attaccato al polialcol si riattacca alla fine della catena ossietilenica. La solubilità in acqua è legata sia al tipo di estere che al contenuto di ossido di etilene

Etossilati ammidici

Si possono distinguere due tipi fondamentali appartenenti a questa classe di non ionici e caratterizzati entrambi dalla presenza di un gruppo ammidico:

• alchiloammidi
• ammidi etossilate.

La struttura nel caso dei mono-derivati può essere così rappresentata:

R-CO-NH (C₂H₄O)_nH

Per n = 1 si hanno le etanolammidi e per n > 1 si hanno le ammidi etossilate

1)    Etanolammidi. Si ottengono a partire da acidi grassi o da loro esteri di alcoli bassobollenti e da etanolammina. Il prodotto di reazione è una miscela a composizione variabile di vari composti tra i quali etanolammina che non ha reagito, esteri, ammidi e amminoesteri. Le proprietà tensioattive di tali composti consiste nello stabilizzare la schiuma di tensioattivi anionici e non ionici. Inoltre hanno funzione imbibenti ed emulsionanti oltre ad essere disperdenti dei saponi calcarei.

2)    Ammidi etossilate. Si possono ottenere per addizione di ossido di etilene alle mono- o alle dietanolammidi. Tali composti presentano una solubilità maggiore rispetto alle etanolammidi

Etossilati amminici

Tali prodotti si possono considerare cationici per un basso contenuto di ossido di etilene, mentre al crescere di questo acquistano progressivamente le proprietà dei non ionici. Si ottengono in due fasi per addizione di 2 o 1 mole di ossido di etilene ad ammine primarie o secondarie rispettivamente. La reazione di addizione prosegue in presenza di catalizzatori alcalini:
R-NH₂ + 2 C₂H₄O → R-N (C₂H₄OH)₂

Le ammine etossilate sono miscele di ammine primarie, secondarie e terziarie