Modul de acțiune a agenților tensioactivi Imprimare
Autor Andreea Michescu   
Marţi, 28 Martie 2017 03:43

 

Tensioactivi IIMoleculele substanțelor tensioactive se pot reprezenta schematic având o catenă liniară lungă și un capăt scindat de două legături duble.

Atunci când o anumită cantitate de agent tensioactiv se adaugă într-un mediu apos, moleculele agentului tensioactiv vor avea tendința de a se reorganiza, minimalizând interacțiunile nefavorabile dintre partea lipofilă și mediul apos; se vor dispune deci, la suprafața lichidului, la interfața dintre apă și aer[1].

De aici rezultă prima caracteristică a tensioactivilor, atunci când sunt dispersați în cantitate mică într-un mediu lichid pe bază de apă, se vor dispune în mod preferențial la interfața mediului în care sunt dispersați. Cu această proprietate este corelat primul tip de acțiune al agenților tensioactivi: modificarea tensiunii superficiale[2].

Conform principiului tensiunii superficiale a lichidului, moleculele care formează suprafața unui lichid sunt supuse unei forțe de atracție a lor spre interiorul lichidului.

Dacă în această soluție se introduce un agent tensioactiv care își va poziționa moleculele sale la suprafața lichidului, înseamnă că unele molecule ale lichidului vor fi dislocate. În consecință tensiunea superficială a lichidului se diminuează. Acest fenomen nu este corelat cu cantitatea de tensioactiv adăugată în soluție, sunt suficiente câteva molecule pentru a diminua tensiunea superficială a unui lichid.

Screen Shot_2017-03-27_at_22.22.14

De exemplu eterul de celuloză – hidroxipropilceluloza, cunoscut sub numele comercial de Klucel – a fost utilizat în special pentru producerea unor geluri, însă substanța are și proprietăți tensioactive. Substanța are o structură formată din lanțuri de carbon, cu numeroși atomi de oxigen – are deci o parte hidrofilă și una lipofilă – structură similară cu agenții tensioactiv neionici. S-a demonstrat că o concentrație de 0,01% de Klucel în apă provoacă o reducere cu 40% a tensiunii superficiale a acesteia. Atunci când tensiunea superficială a apei scade, soluția va avea proprietăți specifice, așa-numitele proprietăți superficiale: crește puterea de gonflare, se diminuează puterea de penetrare și sunt reduse proprietățile capilare ale soluției.

Dacă în soluția de apă se adaugă o cantitate de agent tensioactiv mai mare se produce următorul fenomen: moleculele tensioactivului se asociază, formează agregate orientate, numite micele, care pot fi asemănate din punct de vedere al volumului în trei dimensiuni, ca și sfere sau cilindri.

Screen Shot_2017-03-27_at_22.22.53În micelă, toate părțile hidrofobe sunt regrupate între ele (sunt deci stabilizate de forțe de interacțiune de tip nepolar) fiind mai protejate de contactul cu apa, iar celelalte părți hidrofile constituie învelișul micelei. Un agregat de acest tip va reuși să rămână în apă. Pentru ca aceste micele să se formeze, e necesară o concentrație minimă de agent tensioactiv solubilizată în apă. Această concentrație minimă este numită Concentrație Micelară Critică (CMC) și este caracteristică fiecărui tip de tensioactiv[3].

Pentru a se caracteriza dimensiunea micelei, se utilizează parametrul N (Numărul de Agregare), care indică numărul (o valoare medie) a moleculelor care participă la formarea micelei respective. Pentru cea mai mare parte a agenților tensioactivi anionici și cationici, acest număr este în general cuprins între 10 și 100, pe când la tensioactivii neionici acest număr trece de ordinul sutelor, ajung chiar la mie. Aceasta este o consecință a faptului că tensioactivii neionici sunt mai puțin hidrofili decât cei ionici iar moleculele lor rămân agregate în forma micelei. Tensioactivii anionici de tipul steroidelor (sarea sodică a acidului deoxicolic) sunt alcătuiți din micele cu formă lamelară fiind constituite doar din două sau trei molecule.

Crescând cantitatea de tensioactiv din soluție, micelele deja formate nu se vor mări în volum, pur și simplu se vor forma altele noi. Doar când concentrația tensioactivului este aproximativ de 10 ori mai mare decât CMC, micelele vor crește în volum iar forma lor va fi distorsionată.

Valoarea CMC-ului este influențată de diverși factori, cum ar fi temperatura, prezența solvenților și a sărurilor. Nu există un mod anume de a preveni sau interpreta această dependență: în orice caz, în practică este recomandată utilizarea unei concentrații mai mare decât CMC. Wolbers, sugerează creșterea concentrației de 5-10 ori mai mult decât CMC[4].

Screen Shot_2017-03-27_at_22.24.25Atunci când tensioactivul este prezent în soluție în cantitate suficientă iar micelele sunt formate, soluția prezintă o a doua serie de caracteristici ale tensioactivilor: proprietăți emulsionante, detergente și de solubilizare.

Micelele au capacitatea de a îngloba în centrul lor (acolo unde se află toate părțile hidrofobe), cu rezultatul de a le transporta în soluție. Tensioactivul va avea capacitatea de a solubiliza în apă, părți care în mod normal nu ar fi solubile în apă. Dacă aceste particule sunt în mod general depuneri atmosferice, atunci proprietatea tensioactivului este detergentă; dacă în schimb particulele sunt uleiuri (sau alte materii grase nemiscibile cu apa) atunci proprietatea tensioactivului va fi emulsionantă. Indiferent de proprietatea tensioactivului, fenomenul se produce astfel. Să considerăm exemplul unei suprafețe a unei opere de artă pe care există un strat de depuneri grase, mai mult sau mai puțin omogen, continuu și coerent. În momentul în care soluția detergentă este aplicată pe suprafață, moleculele tensioactivului se vor dispune la interfața dintre lichid și stratul de depuneri, cu părțile hidrofobe orientate către stratul de depuneri. Practic, micelele vor elibera suficiente molecule care să satureze o suprafață sau o interfață. Tensiunea superficială se diminuează, soluția va gonfla suprafața. În acest punct se produce procesul de „rolling-up” și constă în capacitatea moleculelor tensioactivului de a schimba forma plană a stratului de depuneri în sferică (Fig. 4). Acestui moment îi precedă cel de dezagregare și dislocare a fragmentelor de murdărie care vor fi apoi înglobate în interiorul micelelor tensioactivului. Agitația mecanică a soluției precum și temperatura sunt factori importanți care pot influența în mod pozitiv întregul proces. În final, fragmentele de murdărie sunt dispersate în soluția de curățare[5].

Acest mecanism sugerează deja modalitățile operative cu agenții tensioactivi. Agitația mecanică e indispensabilă pentru facilitarea procesului de „rolling-up” al depunerilor: odată aplicată pe suprafață, soluția detergentă trebuie să fie „lucrată” pe suprafață (cu un tampon de vată sau o pensulă). Dacă suprafața nu permite acțiunea mecanică, se va adăuga soluției cu tensioactiv, o cantitate minimă de solvent cum ar fi alcoolul etilic, pentru a facilita gonflarea inițială a depunerilor.

Dacă agentul tensioactiv este adăugat unei soluții pe bază de hidrocarburi, micelele se vor forma. De data aceasta însă orientarea părților hidrofile va fi către interiorul micelei iar în exterior vor fi părțile hidrofobe ale micelei. Aceste micele vor fi denumite micele inverse.


Valoarea HLB (Hydrophile/Lipophile Balance)

Un parametru important de considerat în utilizarea tensioactivilor este valoarea HLB (echilibrul hidrofil/lipofil), care indică caracterul și în mod indirect solubilitatea tensioactivului[6].

Aceste valori sunt orientative și se găsesc în cataloagele firmelor care distribuie astfel de substanțe. Pe scara HLB valorile cuprinse între 0-20 vor fi specifice tensioactivilor neionici; cele care ajung până la 40 vor fi tensioactivii ionici. Valoarea 0 reprezintă maximul de lipofilie iar valorile 20 sau 40 este maximul caracterului hidrofil.


Solubilitatea tensioactivilor

Pe baza considerațiilor valorii HLB, se pot face anumite previziuni privind solubilitatea diverșilor tensioactivi. Astfel, tensioactivii hidrofili cu valoarea HLB mare, sunt solubili în apă, în timp ce tensioactivii lipofili, cu valoare HLB relativ mică, sunt solubili în substanțe grase. În practică se pot face următoarele considerațiuni[7]:

- HLB cuprins între 1 și 4 indică un tensioactiv insolubil în apă

- HLB cuprins între 3 și 6 indică un tensioactiv prea puțin solubil în apă

- HLB cuprins între 6 și 10 indică un tensioactiv dispersabil în apă (soluția nu va fi limpede)

- HLB >13 indică un tensioactiv complet solubil în apă

Este important de menționat că atunci când un tensioactiv nu este solubil în apă nu înseamnă neapărat că se solubilizează în ulei; categoria substanțelor grase cuprinde mai multe tipuri de substanțe. Conceptului de „gras”, „uleios” trebuie să i se dea semnificația de nepolar, deci insolubil în apă. În general, valoarea 10 a HLB este un reper și se consideră că tensioactivii cu HLB mai mic de 10 sunt lipofili, iar cei mai mari de 10 sunt hidrofili[8].


Concluzii

Utilizarea tensioactivilor în metodele de îndepărtare a depunerilor prezintă avantajul de a fi cel mai puțin toxici, valoarea pH-ului redusă, selectivitate privind materiile care trebuie îndepărtate, prepararea facilă a soluțiilor, astfel că operatorul nu trebuie să apeleze în mod obligatoriu la un chimist.

Departe de a fi substanțe de uz universal, tensioactivii reprezintă acea categorie de „metode alternative” care îmbogățesc instrumentarul unui restaurator disponibil pentru îndepărtarea depunerilor de pe suprafața unei opere de artă. Ca și alte substanțe utilizate în restaurare, tensioactivii prezintă limitări de utilizare, în sensul că o anumită categorie de tensioactivi nu vor fi compatibili cu operele de artă sensibile la apă, sau care conțin componente nevolatile, astfel fiind impuse intervenții de îndepărtare a substanțelor de intervenție.

Cel mai important aspect de care un restaurator trebuie să țină cont în utilizarea agenților tensioactivi sunt tocmai caracteristicile sale și categoria de tensioactivi în care se încadrează, respectarea concentrațiilor minime fiind un aspect extrem de important. Creșterea concentrațiilor soluțiilor cu tensioactivi nu va spori efectul lor imediat, însă va contribui la degradarea viitoare a materialelor originale operelor de artă. Surfactanții comerciali sunt substanțe ușor accesibile restauratorilor, însă utilizarea lor controlată se impune în vederea protejării suprafețelor și straturilor interne ale operelor asupra cărora se intervine. Succesul operațiunii de îndepărtare a depunerilor nu este garantat în acest caz de o concentrație ridicată a soluțiilor pe bază de tensioactivi, ci de răbdarea, gradul de informare și discernământul restauratorului.



[1] Cremonesi P., L'uso di tensioattivi e chelanti nella pulitura di opere policrome, Collana i Talenti (edizioni il Prato), p.16-20.

[2] R. Wolbers, Un approccio acquoso alla pulitura dei dipinti, quaderni n. 1/ Cesmar7, il Prato 2004.

 

[3] S. Bertolucci, et.all, “Preparazione ed utilizzo di soluzioni acquose addensate, reagenti per la pulitura di opere policrome” in “Progetto restauro” n. 17 del 2001.

[4] Wolbers, R., Cleaning Painted Surfaces: Aqueous Methods, London, Archetype Publications, 2002.

 

[5] Guttman M.J., Aspecte teoretice ale curățirii obiectelor din lemn, Caietele restaurării-2013, ACS, București, 2013, pp.80-83.

[6] Cremonesi P., L'uso di tensioattivi e chelanti nella pulitura di opere policrome, Collana i Talenti (edizioni il Prato), p. 21.

[7] Wolbers, R., Cleaning Painted Surfaces: Aqueous Methods, London, Archetype Publications, 2002.

[8] Cremonesi P., L'uso di tensioattivi e chelanti nella pulitura di opere policrome, Collana i Talenti (edizioni il Prato), p. 22.

 

 
Google bookmarkDel.icio.usTwitterFacebook
Author of this article: Andreea Michescu

Alte articole publicate de acest autor