Fondamenti dei tensioattivi 

Wetting:

L'acqua non si diffonde su substrati idrofobici come le superfici cerose o oleose. L'aggiunta di un tensioattivo porta all'adsorbimento dell'interfaccia. La tensione interfacciale acqua/substrato diminuisce e la tendenza della soluzione di tensioattivo a bagnare il substrato aumenta.

I surfactants con peso molecolare relativamente basso e con catene alchiliche ramificate sono utilizzati come agenti bagnanti.

Impermeabilizzazione:

Quando si vuole rendere più idrofobico un substrato polare, l'aggiunta di un tensioattivo provoca l'adsorbimento interfacciale, con la parte idrofobica orientata verso l'acqua e quella idrofila verso il substrato. La tensione interfacciale acqua/substrato aumenta e la tendenza della soluzione di tensioattivo a bagnare il substrato diminuisce.

Poiché i substrati polari sono molto spesso carichi negativamente, i tensioattivi per l'impermeabilizzazione sono normalmente tensioattivi cationici che hanno forti proprietà di adsorbimento con la loro testa carica positivamente sul substrato carico negativamente.

Questo effetto è alla base dei trattamenti di ammorbidimento della lana e del condizionamento dei capelli, pertanto sia gli ammorbidenti tessili che le formulazioni di balsamo per capelli contengono tensioattivi cationici.

L'emulsione è una dispersione (goccioline) di un liquido in un altro liquido immiscibile: la fase presente sotto forma di goccioline è chiamata fase dispersa o interna, mentre la fase in cui le goccioline sono sospese è la fase continua o esterna.
Uno dei due liquidi è spesso l'acqua e l'altro è un "olio" (liquido organico quasi insolubile). Se la fase oleosa è dispersa nella fase acquosa, si ha un'emulsione "olio in acqua" (O/W), o "acqua in olio" (W/O) nel caso opposto. L'acqua e i liquidi "olio" immiscibili non formano spontaneamente un'emulsione.
L'aggiunta di un tensioattivo porta all'adsorbimento dell'interfaccia: la tensione interfacciale acqua-olio diminuisce. Se al sistema viene aggiunta energia meccanica sotto forma di miscelatore, potrebbe essere possibile formare un'emulsione.
Tuttavia, non è sufficiente a conferire all'emulsione risultante una stabilità significativa. Per raggiungere questo obiettivo, il processo di adsorbimento dei tensioattivi deve produrre barriere ad alta energia sufficienti a circondare le particelle in fase discontinua per impedirne la riaggregazione. Questa stabilizzazione può essere di natura elettrostatica o sterica.
La stabilizzazione elettrostatica è generata dall'adsorbimento sulle particelle di tensioattivi ionici, principalmente anionici, in modo da conferire a ciascuna particella una carica di segno simile a quello del tensioattivo adsorbito. Di conseguenza, le particelle si respingono a vicenda.
La stabilizzazione sterica è in genere generata dall'adsorbimento sulle particelle di tensioattivi non ionici con una parte idrofila orientata verso l'acqua e con una massa sufficiente a costituire una barriera efficace all'avvicinamento di due o più particelle. In genere, il tensioattivo non ionico è un derivato del poliossietilene. La barriera efficiente è data dalla lunga catena poliossietilenica che si estende nella fase acquosa e circonda le particelle in fase discontinua.
La demulsificazione di un'emulsione esistente avviene quando le barriere elettrostatiche o steriche vengono ridotte o eliminate, provocando la "rottura" dell'emulsione.

Gli stessi concetti di emulsificazione e demulsificazione si applicano quando la fase discontinua è un solido.
La dispersione di particelle solide in un liquido, dove sono insolubili, è stabilizzata dall'adsorbimento all'interfaccia delle molecole di surfactants che producono barriere elettrostatiche o steriche alla riaggregazione. In questo caso l'energia meccanica viene aggiunta da un mulino.
I tensioattivi anionici etossilati, che possono combinare la stabilizzazione elettrostatica e sterica, hanno buone proprietà di dispersione.

I surfactants con società idrofobiche contenenti anelli aromatici sono in grado di adsorbire fortemente il solido e sono quindi adatti a disperdere le particelle solide in acqua, ad esempio i derivati anionici del tristilfenolo.

Anche i tensioattivi polimerici mostrano eccellenti prestazioni di dispersione: i nostri agenti iperdisperdenti sono in grado di offrire un eccezionale potere disperdente sia per l'acqua che per i sistemi di solventi.

Al contrario, l'aggiunta di tensioattivi che favoriscono la riduzione o l'eliminazione delle barriere elettrostatiche o steriche provoca la flocculazione.

La schiuma è la dispersione di un gas in un liquido che si produce quando il gas viene introdotto in una soluzione il cui film superficiale ha proprietà viscoelastiche.

L'acqua pura non fa schiuma, ma se aggiungiamo un tensioattivo con la struttura appropriata, l'adsorbimento all'interfaccia conferisce proprietà viscoelastiche al film interfacciale e la soluzione fa schiuma. I surfactants che hanno la capacità di formare uno strato strettamente impacchettato all'interfaccia aria/acqua, migliorando in questo modo la stabilità della schiuma, sono considerati ottimi agenti schiumogeni.

In genere i tensioattivi anionici sono più schiumogeni di quelli non ionici.

Nel defoaming il tensioattivo aggiunto elimina o riduce le proprietà viscoelastiche del film interfacciale, causando il collasso della schiuma. I surfactants che si adsorbono all'interfaccia formando un film non compatto sono particolarmente efficaci come agenti antischiuma, ad esempio quelli con catena alchilica altamente ramificata o con catena poliossietilenica terminata ("cappata") con una catena poliossipropilenica.

La presenza di micelle in una soluzione rende possibile la solubilizzazione di materiali liquidi o solidi normalmente insolubili nel solvente.
Nelle soluzioni acquose i materiali polari sono solitamente solubilizzati nella regione esterna della micella vicino ai gruppi idrofili di testa, mentre i materiali non polari sono solubilizzati nel nucleo interno della micella tra i gruppi idrofobici.

Le soluzioni acquose di micelle sferiche hanno viscosità molto basse. In combinazione con tensioattivi appropriati, è possibile ottenere micelle cilindriche o cristalli liquidi a concentrazioni relativamente basse di tensioattivi. Questo effetto è importante nelle formulazioni di prodotti per la cura della persona, come shampoo, gel doccia o bagni schiuma, dove la concentrazione totale di tensioattivi deve essere mantenuta a valori relativamente bassi e allo stesso tempo sono necessarie viscosità relativamente elevate.

La presenza di cristalli liquidi in soluzioni di tensioattivi è spesso indesiderabile, poiché l'elevata viscosità associata può limitare la solubilità di altri soluti nella soluzione. La formazione di cristalli liquidi può essere inibita dall'uso di materiali tensioattivi noti come idrotropi, in grado di interrompere gli allineamenti paralleli delle strutture dei cristalli liquidi.

La detergenza è un processo complesso che coinvolge sia l'adsorbimento di interfaccia (bagnatura, emulsione e dispersione delle particelle di sporco) sia la micellizzazione (solubilizzazione delle particelle di sporco nelle micelle).