Tensioactivos Los tensioactivos son substancias cuyas moléculas están constituidas por dos partes bien diferenciadas. Una de ellas es de carácter hidrófílo, es decir, soluble en agua o substancias polares, y la otra de carácter lipófílo, soluble en substancias apolares. Los tensioactivos se caracterizan fundamentalmente por disminuir la tensión superficial e interfacial. Como consecuencia de ello, estas substancias presentan las siguientes propiedades:
a. b. c. d. e. f.
Actúan como detergentes, Son espumantes, Tienen capacidad solubilizante, Son emulsionantes, Se comportan como humectantes, y actúan como dispersantes.
Los tensioactivos se pueden clasificar según la naturaleza de la cadena hidrofílica. Pueden ser:
I. II. III. IV.
Aniónicos Catiónicos Anfóteros No iónicos
Tipo Aniónico Un tensioactivo es de tipo aniónico si la carga eléctrica presente en el grupo hidrófilo es negativa. Hay casos de tensioactivos, por ejemplo ácidos carboxílicos, que a bajo pH no presentan carga eléctrica neta, pero que a pH más elevados son aniónicos. Estos tensioactivos se clasifican en este tipo. Los tensioactivos aniónicos se clasifican en cinco familias y éstas, a su vez, en diversas subfamilias.
A. Acil-aminoácidos (y sales) 1. Acil-glutamatos 2. Acil-péptidos 3. Sarcosinatos 4. Tauratos B. Ácidos carboxílicos y sus sales 1. Ácidos de cadena saturada 2. Ésteres de ácidos carboxílicos 3. Éteres de ácidos carboxílicos C. Ésteres del ácido fosfórico (y sales) D. Ácidos sulfónicos (y sales) 1. Acil-isotianatos 2. Alquil aril sulfonatos 3. Alquil sulfonatos 4. Sulfosuccinatos E. Ésteres del ácido sulfúrico 1. Alquil éter sulfatos 2. Alquil sulfatos
Familia Acil-aminoácidos y sales Las sustancias que forman este grupo se preparan mediante la acilación del grupo amino de los α -aminoácidos. En el transcurso de la acilación los grupos aminos son neutralizados y el producto resultante es un tensioactivo aniónico. Podemos diferenciar químicamente cuatro tipos de acil-aminoácidos:
1. 2. 3. 4.
Acil-glutamatos Acil-péptidos Sarcosinatos Tauratos
Subfamilia Acil-glutamatos Propiedades Físico-químicas Los tensioactivos englobados en esta subfamilia provienen del ácido glutámico. Este es un ácido dicarboxílico que puede formar mono o disales. Las disoluciones acuosas de monosales son levemente ácidas, mientras que las disales son alcalinas. Ambas sales son solubles en agua. Este tipo de tensioactivos son malos espumantes. Los acil-glutamatos son amidas y pueden experimentar reacciones de hidrólisis a determinados pH. Aplicaciones Son usados en champús y productos para la limpieza de la piel, por su suavidad. También se encuentran en detergentes de barra sintéticos. Se afirma que proporcionan a la piel sensación de suavidad. Estabilidad A pesar de ser amidas poseen una adecuada resistencia a la hidrólisis en productos cosméticos. Precauciones Los datos disponibles sugieren que los acil-glutamatos son un grupo no irritante y no sensibilizante.
Subfamilia Acil-péptidos Propiedades Físico-químicas Los acil-péptidos son preparados por acilación de proteínas hidrolizadas. La fuente principal de proteínas es el colágeno animal, que puede ser hidrolizado bien por vía enzimática bien por vía química. La reacción de acilación se lleva a cabo mezclando la proteína hidrolizada con un derivado de ácidos grasos naturales. Después de la reacción se requiere un proceso de neutralización con una base. La purificación del producto final es difícil y puede darse la aparición de jabón. Los acil-péptidos tienen buena estabilidad a rangos de pH neutro. Los derivados de bajo peso molecular son bastante solubles en disolventes orgánicos. La mayoría son sólidos pero se pueden encontrar en disoluciones acuosas y ocasionalmente en disoluciones alcohólicas. Aplicaciones Los acil-péptidos son suaves agentes limpiadores y tienen aplicación en productos para el cuidado capilar (mascarillas, acondicionadores...). También han sido usados en productos para el cuidado de la piel, especialmente por su habilidad para tolerar las aguas duras. Estabilidad Este grupo de sustancias son amidas y están sometidas a reacciones de hidrólisis. Soportan el crecimiento de especies microbianas. Este grupo exhibe cierta tendencia a inactivar algunos conservantes, lo que obliga a tomar ciertas precauciones en su conservación. Precauciones Por lo general son sustancias inocuas. Se afirma que estas sustancias tienen solamente una leve inclinación a desengrasar la piel.
Subfamilia Sarcosinatos Propiedades Físico-químicas Los sarcosinatos son un pequeño grupo de tensioactivos derivados de la acilación de la sarcosina (N-metil glicina).
Los componentes de esta subfamilia son altamente solubles en agua y tienen un comportamiento muy similar al de los jabones ordinarios. Son buenos espumantes y no se ven afectados por la dureza del agua. Son suaves con la piel. Son compatibles con varios tipos de tensioactivos y supuestamente se pueden combinar con cuaternarios. Aplicaciones Debido a la nula agresividad que presentan son usados en champús y varios tipos de productos limpiadores de la piel. Estabilidad Los sarcosinatos son amidas y están sujetos a hidrólisis a rangos de pH extremos. Bajo condiciones normales de uso en cosmética son estables. Precauciones La suavidad que proporcionan a la piel sugiere que este tipo de productos son seguros en usos cosméticos.
Subfamilia Tauratos Propiedades Físico-químicas Los tauratos son un pequeño grupo de surfactantes aniónicos que deriva de la taurina (N-metil taurina). Al igual que el resto de subfamilias de acil-aminoácidos se preparan por acilación de la taurina con un derivado de un ácido graso (generalmente un cloruro de ácido). Estos ácidos sulfónicos son fuertes y muy solubles en agua. Son resistentes a la hidrólisis en un rango de pH bajo. Son buenos espumantes, especialmente en presencia de otros tensioactivos aniónicos, poseen poder detergente y son delicados con la piel. Aplicaciones Tienen un uso limitado en cosmética. Se utilizan en baños de espuma. Estabilidad Los tauratos son estables en usos cosméticos. Precauciones
No se dispone de información especifica sobre las propiedades de seguridad de los tauratos.
Familia Ácidos Carboxílicos y sus sales Los tensioactivos de esta familia son ácidos débiles y su solubilidad en agua depende de la neutralización con una base. Sus sales alcalinas son los denominados jabones. Este grupo es compatible con tensioactivos aniónicos y no iónicos. Esta familia se divide en las siguientes subfamilias:
1. Ácidos de cadena saturada 2. Ésteres de ácidos carboxílicos 3. Éteres de ácidos carboxílicos Subfamilia Ácidos de Cadena Saturada Propiedades Físico-químicas Como su propio nombre indica, los componentes de esta subfamilia son nada más que ácidos carboxílicos saturados. Los ácidos grasos animales y vegetales son la principal fuente de este tipo de tensioactivos, aunque también se pueden preparar sintéticamente. Los ácidos de cadena saturada naturales se obtienen por hidrólisis alcalina, o saponificación, de grasas y aceites. Seguidamente se precipitan por acidificación, se purifican y se aíslan. Si no se lleva a cabo el proceso de separación, la mezcla de ácidos grasos se denomina según la fuente de la cual provengan (por ejemplo, ácidos grasos de coco) Este grupo es una importante fuente de recursos para la obtención de otros tipos de tensioactivos. Rara vez son usados como tensioactivos, sin embargo, sus sales, los jabones, no solo son los más antiguos sino que también los más usados mundialmente. Los compuestos de esta familia son ácidos débiles y relativamente insolubles. Su utilidad en aguas duras es limitada. Precipitan con alquilaminas. Los ácidos grasos saturados pueden ser líquidos o sólidos a temperatura ambiente. Aplicaciones Los jabones solubles en agua son usados en una amplia variedad de productos cosméticos; productos para el afeitado, la limpieza de la piel, desodorantes etc. Según la base con que se preparó el jabón este tendrá distintas propiedades y con ello distintas aplicaciones. Estabilidad
Estos compuestos no se ven alterados químicamente por la exposición a ácidos o bases. La principal causa de descomposición es la oxidación que causa el enranciamiento en los ácidos poliinsaturados. Precauciones Los ácidos grasos son constituyentes naturales del cuerpo humano y no causan efectos adversos. Las sales con metales alcalinos son levemente básicas y son más irritantes que otros tensioactivos aniónicos menos alcalinos.
Subfamilia Ésteres de Ácidos Carboxílicos Propiedades Físico-químicas
Esta subfamilia esta formada por un pequeño grupo de monoésteres de ácidos di o tricarboxílicos. El éster puede estar formado por un alcohol y un ácido policarboxílico (citrato de 9-dinonoxinol) o por un ácido que ha reaccionado con el grupo hidroxílico de otro ácido carboxílico (acil lactatos) Los compuestos de este tipo son sólidos céreos. Las sales derivadas del ácido láctico son buenas espumantes y se dice que tienen propiedades humectantes.
Aplicaciones Son emulsificantes tanto de tipo O/W como W/O. Además pueden ser usados en champús, dependiendo de su capacidad espumante. Estabilidad Los miembros de este grupo son considerados estables en las condiciones de uso en cosmética. Precauciones Estos ésteres son suaves con la piel.
Subfamilia Éteres de Ácidos Carboxílicos Propiedades Físico-químicas
Los éteres de ácidos carboxílicos son un reducido grupo de ácidos carboxílicos que derivan de alcoholes o fenoles etoxilados, por oxidación. No se ven afectados apreciablemente por las aguas duras y su HLB depende de la cadena de PEG y del grado de formación de la sal. Estos ácidos carboxílicos son compatibles con todo tipo de tensioactivos incluyendo algunos catiónicos. Las soluciones acuosas de las sales son buenas espumantes. Aplicaciones Se usan como emulsificantes y estabilizadores. Estabilidad Los éteres de ácidos carboxílicos son considerados como estables en las condiciones normales de uso cosméticas. Precauciones Este grupo es conocido por ser suave con la piel.
Familia Ésteres del Ácido Fosfórico y sus sales
Propiedades Físico-químicas Este grupo comprende los mono y diésteres del ácido fosfórico y sus sales. Los triésteres son no iónicos y no se emplean muy comúnmente como tensioactivos. Los diésteres son más lipófobos que los monoésteres. Las propiedades lipofóbicas dependen de la naturaleza de la cadena esterificada. Aunque los ésteres neutralizados sean solubles en agua, frecuentemente pueden presentar algo de solubilidad en disolventes no polares. Algunos ésteres de este grupo, por el contrario son dispersables en agua y principalmente solubles en soluciones orgánicas (apolares) Los éteres libres sólidos o fluidos viscosos a temperatura ambiente mientras que las sales sódicas son sólidas. Estas sustancias no son buenas espumantes. Aplicaciones Se usan principalmente como emulsificantes y agentes solubilizantes en microemulsiones. Estabilidad Los ésteres del ácido fosfórico son fácilmente hidrolizables en medios ácidos, pero presentan buena estabilidad a pHs neutros y ligeramente alcalinos. Seguridad No se dispone de información genérica sobre la toxicidad de estos compuestos. Alguno de ellos, como la lecitina, son comestibles e importantes emulgentes en alimentación y medicamentos.
Familia Ácidos Sulfónicos y sus sales Los tensioactivos del tipo ácido sulfónico se distinguen por presentar un enlace del tipo C-S. Los ácidos sulfónicos son un grupo de ácidos fuertes usado en cosmética solo en forma de sales. En este grupo se pueden diferenciar cuatro subfamilias, según sea el radical R1 (R2 y R3 suelen ser sólo H):
1. 2. 3. 4.
Acil-isotionatos Alquil aril sulfonatos Alquil sulfonatos Sulfosuccinatos
Subfamilia Acil-isotionatos Propiedades Físico-químicas Los acil-isotionatos son ésteres formados entre ácidos grasos y ácido isotiónico. Los isotionatos son ácidos fuertes, sujetos a auto hidrólisis a menos que el pH sea ajustado alrededor de siete. Es remarcable el hecho de que los acil-isotionatos sean más suaves que los ésteres del ácido sulfúrico además de otros alquil sulfonatos. Los isotionatos pueden ser mezclados con otros tensioactivos aniónicos y noiónicos. Son solubles en agua y no se ven afectados por la dureza de esta. Son sólidos y generalmente se comercializan en polvo o en escamas. Espuman bien y sus mezclas con jabones son muy comunes. Aplicaciones Son muy usados en shampús y productos para la limpieza de la piel. Tiene importancia en la formulación de detergentes sintéticos. Estabilidad Los acil-isotionatos son ésteres y pueden sufrir reacciones de hidrólisis a condiciones de pH extremas. Precauciones La inusual suavidad de estas sustancias con la piel ha sido confirmada.
Subfamilia Alquil Aril Sulfonatos Propiedades Físico-químicas La mayoría de compuestos de este grupo son derivados del ácido bencenosulfónico. La cadena alquílica puede ser más o menos larga. Antiguamente se obtenían por polimerización de olefinas gaseosas; como resultado se obtenían sustancias con cadenas ramificadas, no muy biodegradables. En contraposición hoy en día, se tiende a fabricar estos compuestos con cadenas lineales que son condensadas con benceno (mediante una reacción de Friedel-Crafts) El alquilbenceno resultante será sulfonado posteriomente. Son solubles en agua y no se afectan por dureza del agua. Por otra parte, las sustancias de esta familia con largas cadenas son buenos espumantes y agentes de mojado. Los derivados de cadena corta disminuyen la tensión superficial. No espuman bien pero aumentan la solubilidad de otros tensioactivos en presencia de sales inorgánicas (hidrotropia). Aplicaciones Los alquil aril sulfonatos de cadena larga no son muy usados en cosmética. Estos tienen tendencia a limpiar excesivamente, dejando una sensación de sequedad y aspereza en la piel y el pelo. Para su uso en cosmética se emplean aditivos que modifiquen sus propiedades detergentes. A pesar de todo se emplean en baños de burbujas. Estabilidad Esta familia de tensioactivos presenta una excelente estabilidad aún en condiciones extremas. Precauciones Los alquil aril sulfonatos provocan leves irritaciones en la piel; esto parece estar relacionado con la tendencia de estos productos a eliminar lípidos de la piel.
Subfamilia Alquil Sulfonatos Propiedades Físico-químicas Este grupo incluye a una serie de sustancias químicas de diversas estructuras. Algunas son derivadas del propilenglicol, aunque sean nombradas como derivadas de la glicerina. Otras derivan de la sulfonación de alcoholes o ácidos, mientras que también se pueden encontrar derivados de PEG cuyo grupo hidroxilo terminal es sustituido por un SO3-.
Los alquil sulfonatos más importantes son los α -olefin sulfonatos, que son preparados por sulfonación de olefinas lineales provenientes del craqueo del petróleo o de la polimerización del etileno. La mayoría de los aquil sulfonatos espuman bien y poseen buenas propiedades detergentes. Aplicaciones Muchos de ellos se emplean en pastas dentífricas. Solo los α -olefin sulfonatos juegan un modesto rol en la formulación de productos de higiene oral; estos son usados en shampoos por sus propiedades espumantes, buena estabilidad y su bajo coste. Estabilidad Son sustancias muy estables. Precauciones Como grupo los alquil sulfonatos son relativamente suaves y no resecan la piel. Son menos desengrasantes que los alquil aril sulfonatos. A concentraciones moderadas, la irritación es supuestamente similar a la del jabón.
Subfamilia Sulfosuccinatos Propiedades Físico-químicas Los sulfosuccinatos son derivados del ácido sulfosuccínico. Estos pueden ser considerados como alquil sulfonatos, ácidos carboxílicos, ésteres o amidas. La obtención se lleva a cabo haciendo reaccionar anhídrido maleico con un hidrófobo (un alcohol o menos frecuentemente una amina) Según se lleve a cabo la reacción puedo conseguir un mono o un diéster o amida. El último paso es la reacción con sulfito o bisulfito sódico. Los sulfosuccinatos son sales de ácidos fuertes y tienen buena solubilidad en agua; esta además es reforzada por la presencia de grupos de PEG. Los mono-ésteres disminuyen la tensión superficial del agua, pero no producen espumas estables; además se dice que reducen la irritación potencial de otros tensioactivos aniónicos. Los di-ésteres, en cambio, sí que producen espumas más estables. Aplicaciones Son usados en shampús y como emulsionantes O/W. Como resultado de su suavidad pueden ser empleados en baños de burbujas y en limpiadores de la piel.
Estabilidad Su estabilidad en medios acuosos es satisfactoria. Precauciones Los mono-ésteres están entres los tensioactivos menos irritantes de la piel humana. Su inocuidad ha sido ampliamente testada.
Familia Ésteres del Ácido Sulfúrico Los tensioactivos del tipo ésteres del ácido sulfúrico son sales o monoesteres del ácido sulfúrico. Los ácidos libres no están disponibles comercialmente ya que sufren hidrólisis, en el momento en que haya trazas de agua, y otras reacciones de descomposición. Se dispone de dos tipos de ésteres del ácido sulfúrico según sea el radical R1 (R2 y R3 suelen ser solo H). Uno, los alquil sulfatos, se preparan por sulfatación de alcoholes con cadena alquídica larga; el otro, los alquil éter sulfatos, emplean alcoholes etoxilados (alquil éteres) como cadena hidrofóbica principal.
1. Alquil éter sulfatos 2. Alquil sulfatos
Subfamilia Alquil Éter Sulfatos Propiedades Físico-químicas Los alquil éter sulfatos resultan de la sulfatación del grupo OH terminal de un alcohol etoxilado (la reacción se realiza generalmente con ácido clorosulfónico). El alcohol etoxilado resultante puede contener uno o más grupos de etilenglicol. También se pueden obtener alquil éter sulfatos a partir de fenoles etoxilados y aminas o amidas etoxiladas. Estos compuestos raramente son sustancias puras, sino que son mezclas, debido a la impureza de la materia prima (alcohol) y a que el grado de etoxilación es un valor medio. Estas sustancias tienen buena solubilidad en agua y su actuación no se ve afectada por la dureza. Los alquil éter sulfatos están disponibles comercialmente como soluciones acuosas (con alrededor del 25% al 60% de materia activa). Su espuma es buena, pero su densidad de espuma y su volumen son inferiores que las de los alquilsulfatos. Los alquil éter sulfatos presentan un punto de turbidez menor que los alquil sulfatos.
Aplicaciones El uso principal de los alquil éter sulfatos es como detergente de geles de baño y champús. Los alquil éter sulfatos pueden ser combinados con alquil sulfatos y otros tensioactivos aniónicos y no iónicos, para conseguir los niveles deseados de propiedades espumantes y detergentes. Estabilidad Los alquil éter sulfatos poseen una estabilidad aceptable en productos cosméticos y en los rangos de pH usuales. Precauciones Sus propiedades de compatibilidad con la piel son calificadas como mayores que las de los alquil sulfatos. Las propiedades de penetración dérmica son aproximadamente iguales.
Subfamilia Alquil Sulfatos Propiedades Físico-químicas Los alquil sulfatos son preparados por sulfatación de alcoholes grasos, preferentemente primarios aunque también se puedan sulfatar alcoholes secundarios (aceite de ricino) Los derivados de cadenas menores de diez átomos son menos usados en cosmética. Los alquil sulfatos de cadena con más de dieciocho átomos de carbono presentan un punto de turbidez menor. Los alcoholes grasos pueden ser obtenidos por vía natural o sintética. Al igual que los alquil éter sulfatos estas sustancias son mezclas de alquil sulfatos con cadenas de distinta longitud. La solubilidad de estos compuestos depende del catión que acompañe a la sal. Los alquil sulfatos son buenos agentes de mojado y producen una espuma copiosa, además de ser emulsificantes O/W. Aplicaciones Su uso más importante es como detergente de geles de baño y champús. Normalmente se mezclan con otros tensioactivos no iónicos y aniónicos, para incrementar la estabilidad de la espuma y la viscosidad y para disminuir el efecto desengrasante de algunos surfactantes. Alquil sulfatos puros son usados en productos de higiene oral.
Estabilidad Los alquil sulfatos poseen una estabilidad aceptable en productos cosméticos. Precauciones La irritación potencial es mayor para moléculas con cadenas más cortas que para las de cadenas largas. Los alquil sulfatos son irritantes a concentraciones altas. Estos tienden a predisponer la piel para la penetración de otras sustancias que pueden desengrasar los tejidos epidérmicos. Cuando se usan en cosmética se consideran seguros, especialmente si sus propiedades agresivas han sido modificadas por la propia formulación.
Tipo Catiónico Un tensioactivo catiónico se caracteriza por poseer una carga eléctrica neta positiva en su parte hidrófila. Las sustancias que a pH altos no presentan carga neta pero a pH menores son catiónicas también se incluyen en este grupo, como es el caso de las alquil aminas. Este tipo se subdivide en las siguientes familias y subfamilias:
A. B. C. D.
Alquil aminas Alquil imidazolinas Aminas etoxiladas Cuartenarios 1. Sales de alquil bencil dimetil amonio 2. Sales de amonio heterocíclicas 3. Sales de tetraalquil amonio
Familia Alquil Aminas
Propiedades Físico-químicas Las alquilaminas forman un grupo bastante amplio de tensioactivos cosméticos. Estas sustancias se pueden dividir en dos subfamilias: Por un lado, las alquilaminas (primarias, secundarias y terciarias) y sus sales tienen como grupo funcional el grupo amino, que es responsable de sus propiedades tensioactivas y de su solubilidad en agua. Poseen largas cadenas alquílicas que les dan un cierto carácter hidrófobo. Se suelen obtener por reducción de la correspondiente acilamida.
También se incluyen en esta primera subfamilia sustancias con más de un átomo de nitrógeno, lo que hace que sean más polares que las anteriores y más usadas en cosmética como emulsionantes catiónicos. Se sintetizan haciendo reaccionar cloruro de ácido con un mol de diamina. Estos compuestos se conocen comúnmente como amido-aminas (fig1).
Fig1. - Amido-amina
La otra subfamilia son las aminas etoxiladas, cuya principal característica es que su solubilidad en agua y su aplicación en cosmética depende en gran parte de la cadena de polietilenglicol. Estos compuestos precipitan con los tensioactivos aniónicos más usados.
Las aminas libres son sólidos céreos, mientras que las sales y las amido-aminas son sólidos de mayor punto de fusión. Presentan afinidad por las superficies cargadas negativamente. Aplicaciones Las aminas se usan en cosmética principalmente en combinación con otros tensioactivos más hidrofílicos. Las amido-aminas son compatibles con gran variedad de tensioactivos. Pueden ser usadas en combinación con monoestearato de glicerilo para formar emulsiones con buena tolerancia hacia los electrolitos. En lociones, sirven para evitar un aumento excesivo de la viscosidad. Las soluciones acuosas de sales de aminas son buenos acondicionadores del cabello y antiestáticos. Estabilidad Las alquil-aminas con un solo átomo de nitrógeno en su molécula son químicamente estables. Las amido-aminas, o aminas con más de un átomo de nitrógeno, están sujetas a reacciones de hidrólisis a pH extremos. La velocidad de la hidrólisis es relativamente lenta a los pH más bajos que se suelen encontrar en productos cosméticos, por lo que se consideran compuestos estables en estas condiciones. A pH altos son insolubles, lo que impide su uso. Precauciones No se dispone de información sobre su compatibilidad con la piel y con los ojos.
Familia Alquil Imidazolinas
Propiedades Físico-químicas Las alquil imidazolinas son un pequeño grupo de sustancias cíclicas. Se obtienen por reacción de aminoetil etanolamina con un ácido graso o derivado. En primer lugar se forma una amida no lineal que sufre una ciclación formándose un anillo de 5 átomos. El carbono del grupo carbonilo del ácido graso, pasa a formar parte de este anillo, por lo que la cadena alquílica que queda como ramificación tiene un átomo de carbono menos. Por convenio, se nombra el compuesto utilizando el nombre del ácido graso original. El anillo de las alquil imidazolinas puede abrirse mediante determinadas reacciones dando lugar a compuestos anfóteros del tipo acil-aminoácidos. Son sustancias líquidas y normalmente se usan en disolución acuosa.
Se desconoce si la sustancia activa es la propia imidazolina o su producto de hidrólisis. Aplicaciones No se usan demasiado en cosmética, ni como emulsionantes ni como agentes acondicionadores del cabello. Estabilidad Se hidrolizan dando lugar a amidas. El anillo puede reestructurarse dependiendo del pH del medio. Precauciones No se posee demasiada información respecto a la seguridad de estos productos. Se consideran irritantes a menos que se neutralicen con un ácido apropiado.
Familia Aminas Etoxiladas
Propiedades Físico-químicas Las aminas etoxiladas constituyen un grupo de tensioactivos en el que la solubilidad en agua depende más del tipo y grado de etoxilación que de la formación de la sal. La basicidad del grupo amino no se manifiesta realmente en estas sustancias. Las aminas etoxiladas simples se obtienen por etoxilación de alquilaminas lineales. En algunos casos, la alquilamina se convierte en diamina antes de ser etoxilada. Un tipo más complejo son las poloxaminas (Fig.1), que se sintetizan por la reacción de etilendiamina con óxido de propileno. En esta reacción se produce una etilendiamina tetrasustituída, hidrófoba, que posteriormente es etoxilada para disminuir su carácter apolar. La mayoría de las aminas etoxiladas son solubles en agua y compatibles con un gran número de tensioactivos, incluyendo los aniónicos. Son bases relativamente débiles, por lo que no requieren grandes cantidades de ácido para ajustar el pH del producto al rango habitual en cosmética. Son sólidos céreos que funden a
temperaturas relativamente bajas.
Aplicaciones Se utilizan como emulsificantes y acondicionadores. También pueden usarse como dispersantes de sólidos. Algunos de ellos son espesantes, mientras que otros son adecuados para usos espumantes. Estabilidad Son sustancias estables frente a ácidos y bases, y no sufren hidrólisis. Precauciones No se disponen de información general sobre la seguridad de estos compuestos. Su toxicidad tópica y oral es bastante baja. Sin embargo su capacidad de irritación ocular es variable y depende de cada compuesto.
Familia Cuaternarios Esta familia comprende un gran número de compuestos usados ampliamente como tensioactivos y agentes antimicrobianos. Los compuestos cuaternarios son aquellos que poseen un átomo de nitrógeno unido a cuatro sustituyentes alquílicos o arílicos. El nitrógeno en esta situación posee una carga positiva, que se mantiene independientemente del pH del medio. Esta característica es precisamente la que distingue los compuestos cuaternarios de los anfóteros y de las sales de amina.
Los cuaternarios pueden causar irritación ocular y tópica, aunque su poder de penetración en la piel es bastante bajo. Para utilizarlos sin riesgos en cosmética hay que hacer una selección cuidadosa del compuesto, así como de su modo de uso y concentración. Se dividen en tres subfamilias:
1. Sales de alquil bencil dimetil amonio 2. Sales de amonio heterocíclicas 3. Sales de tetraalquil amonio
Subfamilia Sales de Alquil Bencil Dimetil Amonio Propiedades Físico-químicas Esta clase de cuaternarios contiene compuestos formados por la alquilación de alquildimetilaminas con cloruro de bencilo. Son incompatibles con los surfactantes aniónicos. Son sustancias sólidas pero se pueden encontrar comercialmente en soluciones o dispersiones acuosas. Los antimicrobianos más usados son tipo cloruro de benzalconio. Son mezclas de compuestos altamente solubles en agua que poseen cadenas alquílicas de 8 a 18 átomos de carbono. La actividad antimicrobiana parece residir principalmente en los compuestos con cadenas de 10 a 14 átomos de carbono. Aplicaciones Son importantes antimicrobianos y acondicionadores del cabello. Los que poseen largas cadenas alquílicas son preferidos como acondicionadores del cabello y su eficacia aumenta con la longitud de la cadena. Los compuestos cuaternarios son agentes desinfectantes de la piel y desodorantes. También pueden usarse como emulsificantes y para la formulación de cremas y lociones estables frente a ácidos. Estabilidad Son estables bajo las condiciones de uso habituales en cosmética. En presencia de algunas especies aniónicas pueden formar sales insolubles.
Pueden formar hidróxidos poco estables en condiciones altamente básicas, pero estas situaciones son poco habituales en cosmética. Precauciones Pueden causar irritación ocular y tópica, aunque su poder de penetración en la piel es bastante bajo.
Subfamilia Sales de Amonio Heterocíclicas Propiedades Físico-químicas Los cuaternarios heterocíclicos son un pequeño grupo de tensioactivos derivados de compuestos heterocíclicos alifáticos o aromáticos en los cuales el átomo de nitrógeno esta cuaternizado (presenta tres enlaces) Este nitrógeno puede ser derivado de la morfolina, imidazolina, piridina o isoquinoleina. Estos compuestos suelen ser sólidos solubles en agua. Aplicaciones Los cuaternarios derivados de la imidazolina son usados como acondicionadores del cabello y agentes antiestáticos. Los derivados de heterocíclos aromáticos tienen más aplicación como antimicrobianos. Estabilidad Este grupo presenta buenas propiedades de estabilidad en aplicaciones cosméticas y farmacéuticas. Precauciones Pueden causar irritación ocular y tópica, aunque su poder de penetración en la piel es bastante bajo.
Subfamilia Sales de Tetraalquil Amonio Propiedades Físico-químicas Las sales de tetraalquilamonio presentan la típica estructura de un átomo de nitrógeno unido a cuatro radicales alquílicos y un anión.
La solubilidad de estos compuestos depende la naturaleza polar de los radicales alquílicos unidos al nitrógeno. Estas sustancias son incompatibles con casi todos los tensioactivos aniónicos a menos que tengan un radical etoxilado o múltiples grupos hidroxilo. Son sólidos y están disponibles en soluciones acuosas. como todos los cuaternarios se adsorben fácilmente sobre superficies cargadas negativamente. Aplicaciones Los miembros de esta familia que son moderadamente solubles en agua se usan en acondicionadores. Los miembros más solubles en agua se usan como antimicrobianos (por ejemplo el cetrimonium bromide) Como grupo las sales de tetraalquilamonio pueden ser empleadas como emulsificantes en medios ácidos, especialmente combinadas con tensioactivos no iónicos. Estabilidad Son estables en las condiciones de aplicación cosméticas. Precauciones Pueden causar irritación ocular y tópica, aunque su poder de penetración en la piel es bastante bajo.
Tipo Anfótero Las sustancias clasificadas como anfóteras tienen la particularidad de que la carga eléctrica de la parte hidrofílica cambia en función del pH del medio. Los tensioactivos que son anfóteros poseen una carga positiva en ambientes fuertemente ácidos, presentan carga negativa en ambientes fuertemente básicos, y en medios neutros tienen forma intermedia híbrida. A la luz de esta definición, el número de verdaderas sustancias anfóteras usadas en cosmética es bastante pequeño. Las sustancias anfóteras se dividen en dos familias:
A. Acil-aminoácidos (y derivados) B. N-alquil-aminoácidos C. Familia Acil-Aminoácidos
Propiedades Físico-químicas Esta familia también se denomina como familia de las acil/dialquil etilendiaminas y derivados. Son sustancias que pueden usarse en forma de sales (normalmente sódicas) o como ácidos libres. No son químicamente puras, sino que contienen una serie de compuestos formados durante su síntesis, como jabones de aminas, productos de la alquilación de la amina inicial y varias aminas secundarias complejas. A pesar de estas impurezas, los acil-aminoácidos se comportan como anfóteros en sus distintos usos. A pH próximos a la neutralidad presentan su forma zwitteriónica. En general, los acil-aminoácidos son solubles en agua, y se comercializan en forma de disoluciones acuosas o pastas. Aplicaciones Son buenos detergentes pero no son adecuados como emulsificantes. Son compatibles con todos los tipos de tensioactivos y pueden tolerar las aguas duras. En combinación con tensioactivos aniónicos, destaca su capacidad para disminuir la tendencia a producir irritación ocular que poseen dichos compuestos, sin interferir en la formación de espumas. Por esto, se usan mucho en formulaciones de champús, sobre todo en aquellos que no irritan los ojos. Además, dejan el cabello suave y manejable y actúan como antiestáticos. Estas propiedades dependerán del pH del producto final, que estará normalmente entre 6.5 y 7.5.
Estabilidad El grupo amido de los acil-aminoácidos puede hidrolizarse en condiciones de pH extremas. Sin embargo, esta situación no se da en productos cosméticos, por lo que se consideran sustancias estables para estas aplicaciones. Precauciones A concentraciones mayores del 20 % pueden causar irritación de los ojos, pero a las concentraciones normales de uso son compatibles con la piel y las membranas mucosas.
Familia N-Alquil-Aminoácidos
Propiedades Físico-químicas Este grupo de tensioactivos derivan de distintos aminoácidos. Carecen del grupo hidroxietil que suele aparecer en los aminoácidos que actúan como surfactantes. Por alquilación del grupo amino primario de un aminoácido se obtienen aminas secundarias y terciarias, lo que dota al compuesto de un mayor carácter básico. Además, algunos de estos sustituyentes alquílicos pueden contener grupos aminos, lo que aumentaría aún más la basicidad de la molécula. La mayoría de los compuestos de este grupo son derivados de la beta-alanina o de la beta-N(2 carboxietil)-alanina. Sólo unos pocos tienen estructuras similares a las de los alfa-aminoácidos naturales. Los N-alquil-aminoácidos se pueden usar como ácidos libres o formando sales. Cuando se neutralizan totalmente con una base, se comportan como aminas. El carácter zwitteriónico se manifiesta a un pH ligeramente ácido (en torno a 6). Las sales sódicas son bastante solubles en agua, mientras que las formas zwitteriónicas lo son menos. Son compuestos sólidos, pero se suelen comercializar en soluciones. Aplicaciones En medio básico y neutro son buenos espumantes. Sin embargo, a pH bajos se comportan como catiónicos y pierden su capacidad de formar espumas. En su forma zwitteriónica son adecuados para todo tipo de productos para el cabello. También se usan como emulsificantes.
Estabilidad Los N-alquil-aminoácidos no son hidrolizados ni por ácidos ni por bases. Poseen una estabilidad excelente en cosmética. Precauciones Son productos seguros en cosmética.
Tipo No Iónico Este tipo de sustancias son moléculas tensioactivas que no poseen carga eléctrica neta. Una característica común en muchos de ellos es la etoxilación (o polietoxilación) Como consecuencia, muchos tensioactivos no iónicos podrían ser clasificados como éteres o alcoholes. Este tipo de tensioactivos se divide en seis familias y éstas a su vez en varias subfamilias:
A. Alcoholes B. Alcanolamidas 1. Amidas derivadas de las alcanolaminas 2. Amidas etoxiladas C. Óxidos de aminas D. Ésteres 1. Ácidos carboxílicos etoxilados 2. Glicéridos etoxilados 3. Ésteres de glicol y derivados 4. Monoglicéridos 5. Poligliceril ésteres 6. Ésteres y éteres de polialcoholes 7. Ésteres del sorbitan/sorbitol 8. Triésteres del ácido fosfórico E. Éteres 1. Alcoholes etoxilados 2. Derivados etoxilados de la lanolina 3. Polisiloxanos etoxilados 4. Éteres de PEG propoxilados
Familia Alcoholes
Propiedades Físico-químicas Los tensioactivos de tipo alcohol son derivados hidroxílicos de alcanos de cadena larga. Estos alcoholes muestran un comportamiento de adsorción en las superficies, que es típico de tensioactivos, pero su bajo HLB hace que se utilicen como co-emulsificantes en productos cosméticos. Solamente los alcoholes primarios con cadenas de 8 a 18 átomos de carbono poseen propiedades tensioactivas. La presencia de un segundo grupo -OH aumenta su utilidad en cosméticos, como, por ejemplo, los alcoholes de la lanolina. Los alcoholes son químicamente inertes y no reaccionan durante la preparación del producto cosmético. Tienden a cristalizar en emulsiones terminadas a menos que sean cuidadosamente formuladas. Son generalmente sólidos céreos o líquidos, dependiendo de su pureza. La obtención se suele realizar por hidrogenación de los correspondientes ácidos grasos naturales. Existen además distintos procesos de síntesis, como el proceso Ziegler y el Oxo. La mayor parte de los alcoholes disponibles comercialmente son mezclas de homólogos. Aplicaciones Debido a sus debilidad como tensioactivos, no se emplean como tales si no es en presencia de otro surfactante de mejores propiedades. Por tanto, su principal uso es como estabilizantes de emulsiones, opacificantes, espesantes o espumantes, según la concentración. Estabilidad Los alcoholes son químicamente estables en los productos cosméticos. Seguridad Este tipo de alcoholes son considerados seguros para usos cosméticos.
Familia Alcanolamidas Las alcanolamidas son un grupo que contiene compuestos muy diversos. Se dividen en amidas derivadas de las alcanolaminas y amidas etoxiladas. Las amidas derivadas de las alcanolaminas se forman por la unión de una alcanolamina y un ácido graso. En estado puro son insolubles en agua. Las amidas etoxiladas varían su solubilidad en agua dependiendo del número de grupos etoxi- a los que estén unidas.
1. Amidas derivadas de las alcanolaminas 2. Amidas etoxiladas
Subfamilia Amidas derivadas de las Alcanolaminas
Propiedades Físico-químicas Las amidas derivadas de alcanolaminas son sólidos céreos o blandos, dependiendo de los materiales de partida, y su color es variado. Este tipo de tensioactivos se obtienen por condensación de una alcanolamina (por ejemplo, monoetanolamina o dietanolamina) y un ácido carboxílico de cadena saturada o un derivado (por ejemplo, ácido láurico o un metil-alcanoato). La alcanolamida obtenida es insoluble en agua. Si la reacción se produce en una relación 1:1 de los reactivos, la alcanolamida va acompañada de una serie de impurezas, como ésteres de la amina, y ésteres y diésteres de la amida:
En el caso de que los reactivos se encuentren en una relación de 2 moles de alcanolamina para 1 mol de ácido, se obtienen, además de los compuestos ya citados, jabones de alcanolamina, una serie de derivados de morfolina y de piperacina y alcanolamina sin reaccionar. La presencia de impurezas es lo que confiere solubilidad en agua al producto, y, por tanto, propiedades tensioactivas.
A pesar de ser una mezcla de varias sustancias, la CTFA clasifica estos tensioactivos como alcanolamidas debido a que el componente mayoritario es la amida. Aplicaciones Las amidas se usan principalmente como agentes espumantes y espesantes. Los productos obtenidos por condensación 1:1 no resultan ser buenos emulsificantes. Sin embargo, los condensados 2:1 (también llamados condensados de Kritchevsky) se usan a veces como emulsificantes o como acondicionadores del cabello. Estabilidad Pueden sufrir hidrólisis a pH extremos, pero en su uso normal en cosmética son estables. Cabe destacar que tienen tendencia a decolorarse con la exposición al aire y la luz. Precauciones Estas sustancias no presentan problemas bajo condiciones normales de uso. Hay que señalar, sin embargo, que las mezclas que contienen dietanolamina libre forman un compuesto nitroso cancerígeno.
Subfamilia Amidas Etoxiladas
Propiedades Físico-químicas Las amidas etoxiladas se obtienen por reacción de una alquil-amida o de una amida derivada de alcanolamina con varias unidades de óxido de etileno. Tiene lugar la sustitución de uno o dos hidrógenos de la amina por cadenas de polietilenglicol. Estos compuestos, debido a la presencia del óxido de etileno, son solubles en agua, o, al menos, se pueden dispersar bien en ella. No forman espumas. Como las amidas derivadas de alcanolaminas, las amidas etoxiladas aparecen mezcladas con impurezas. Al igual que la mayor parte de las amidas, son sustancias más estables en medios ligeramente ácidos. Son sólidos céreos.
Aplicaciones Como emulsificantes, se usan especialmente para pH bajos, debido a su estabilidad en estas condiciones. Además se usan como antitranspirantes y como neutralizantes... Otra aplicación es como dispersantes de jabones cálcicos. Estabilidad Las amidas etoxiladas poseen buena estabilidad en productos cosméticos. Al igual que la mayor parte de las amidas, son sustancias más estables en medios ligeramente ácidos. Precauciones Estos tensioactivos son seguros para usos cosméticos.
Familia Óxidos de Amina
Propiedades Físico-Químicas Los óxidos de amina se obtienen por oxidación de aminas terciarias con peróxido de hidrógeno. La amina utilizada puede ser lineal o cíclica. A bajos pH pueden aceptar protones, de modo que se comportan como tensioactivos catiónicos, similares a las N-alquil-aminas. Otros factores que favorecen este comportamiento catiónico a bajos pH son las impurezas presentes en los óxidos de amina comerciales, que pueden estar formadas por aminas terciarias no oxidadas. Por otro lado, es posible que se formen iones hidroxilamonio. Los óxidos de amina tienen buenas propiedades tensioactivas y son compatibles con toda clase de surfactantes. Se comercializan como soluciones o dispersiones acuosas al 30%-50%. Aplicaciones Su principal uso es como agentes espumantes (en champús) y espesantes. También se usan como antiestáticos y acondicionadores del cabello.
Presentan buenas propiedades en presencia de tensioactivos aniónicos, por lo que se usan para aumentar y estabilizar la espuma así como para disminuir la capacidad de irritar la piel que poseen estos tensioactivos aniónicos. Estabilidad Los óxidos de aminas tienen una estabilidad aceptable en productos cosméticos. Precauciones Se ha de evitar la presencia de restos de peróxido de hidrógeno y de aminas no neutralizadas.
Familia Ésteres La familia de los ésteres es muy variada y encuentra un amplio uso en cosmética. Los más importantes son ésteres de ácidos carboxílicos de cadena saturada formados por reacción con óxido de etileno, sorbitol, glicerina, etc... Sufren hidrólisis en condiciones altamente ácidas o básicas, por lo que se recomienda su uso sólo a pH próximos a la neutralidad. Hay que apuntar que los ésteres de ácidos carboxílicos con insaturaciones en su cadena sufren oxidación y esto puede afectar al color y al olor del producto. Los ésteres se pueden dividir en ocho grupos:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Ácidos carboxílicos etoxilados Glicéridos etoxilados Ésteres del glicol y derivados Monoglicéridos Poligliceril ésteres Ésteres y éteres de polialcoholes Ésteres del sorbitan/sorbitol Triésteres del ácido fosfórico
Subfamilia Ácidos Carboxílicos Etoxilados
Propiedades Físico-químicas Los ácidos carboxílicos etoxilados son multifuncionales, por lo que se pueden considerar como alcoholes, como éteres o como ésteres. Se obtienen por la
reacción de un ácido carboxílico de cadena larga con óxido de etileno. Esta reacción puede tener lugar por dos mecanismos distintos. Por un lado, el compuesto se puede formar añadiendo al ácido unidades de óxido de etileno sucesivamente. El otro mecanismo sería hacer una esterificación con polioxietileno previamente formado. Esta segunda vía puede dar lugar a diesteres, cuando dos moléculas de ácido reaccionan con una de polióxido. Por regla general, los compuestos con más de 8 unidades de óxido de etileno son solubles en agua. Aquellos que tienen de 6 a 8 unidades no son solubles pero pueden dispersarse. En el caso de los diesteres, es necesario un mayor número de unidades de óxido de etileno para que se hagan solubles. Los monoesteres de cadena corta polietoxilados se mezclan con otros tensioactivos que sean solubles en agua, como el jabón. El HLB de estas sustancias se mueve en un amplio rango de valores. Aplicaciones Son buenos emulsificantes, especialmente aquellos que poseen de 8 a 12 unidades de óxido de etileno. Su habilidad para aumentar la viscosidad de lociones y cremas aumenta con la longitud de la cadena del ácido carboxílico y disminuye con la longitud de la cadena de polioxietileno. Estabilidad Al tratarse de ésteres, están sujetos a hidrólisis cuando se hallan a pH extremos y les afecta la presencia de átomos metálicos. Precauciones Son productos seguros en cosmética.
Subfamilia Glicéridos Etoxilados
Propiedades Físico-químicas Esta subfamilia comprende un grupo de sustancias muy diversas, derivadas de los acil-glicéridos. Podemos encontrar sustancias sólidas y líquidas. No son buenos espumantes. Algunos de estos compuestos mantienen ciertas características lipídicas.
En general, podemos dividirlos en tres grandes grupos. En primer lugar, existen compuestos obtenidos por etoxilación de un monoglicérido. Los monoglicéridos poseen dos grupos OH que son capaces de reaccionar con el óxido de etileno y dar lugar a 2 cadenas de polioxietileno. Otro grupo son los glicéridos con cadenas que poseen grupos OH (por ejemplo, el ricinoleato de glicerilo). En este caso, la etoxilación puede ocurrir sobre cualquiera de los grupos hidroxi existentes en la molécula. El tercer grupo comprende a las sustancias que se obtienen tras la reacción de un triglicérido natural con óxido de etileno. Esta reacción suele dar mezclas complejas de productos. La solubilidad en agua y el HLB de los glicéridos etoxilados dependen del glicérido inicial y del nivel de etoxilación.
Aplicaciones Los glicéridos etoxilados se usan como emulsificantes, agentes solubilizantes y formadores de suspensiones. Algunos de ellos se usan como acondicionadores de la piel y emolientes. Estabilidad Al tratarse de ésteres, están sujetos a hidrólisis cuando se hallan a pH extremos. Precauciones Son productos seguros, muy usados en cosmética.
Subfamilia Ésteres del Glicol y derivados
Propiedades Físico-químicas Los ésteres de glicol usados como tensioactivos son los monoésteres de etilenglicol y de propilenglicol. Los diesteres resultan ser muy insolubles en agua, por lo que no presentan buenas propiedades. Estas moléculas poseen al menos un grupo hidroxilo libre, que puede reaccionar con polióxido de etileno. Una cadena etoxilada en el éster de glicol aumentará su solubilidad en agua.
En general, son un grupo bastante hidrofóbico, con un HLB de aproximadamente 3. Estos ésteres son sólidos céreos. Los auto-emulsificantes pueden obtenerse añadiendo al tensioactivo cierta cantidad de un surfactante hidrofílico.
Aplicaciones Debido a su bajo HLB, se usan como emulsificantes en emulsiones de agua en aceite. Han de ir acompañados de otros emulsificantes más eficaces; sólo los autoemulsificantes se usan como emulsificantes primarios en cremas y lociones. Son buenos espesantes y opacificantes. Estabilidad Aunque no se recomienda su uso a pH extremos, hay que señalar que los ésteres de glicol son más estables frente a la hidrólisis que otros ésteres más hidrofílicos. Precauciones Son ésteres usados durante años en cosmética que no han presentado ningún problema.
Subfamilia Monoglicéridos
Propiedades Físico-químicas Los monoglicéridos son una subfamilia de tensioactivos muy usados. Pueden ser sólidos céreos, sólidos duros o líquidos, todos ellos insolubles en agua. Su eficacia como emulsificantes w/o y o/w se debe en parte a la capacidad que poseen de disminuir la tensión superficial entre el agua y distintos lípidos a altas temperaturas. Además, los monoglicéridos se caracterizan por situarse sobre la superficie de la fase dispersa de las emulsiones formando una película superficial visco-elástica o bien formando cristales líquidos. Se obtienen mediante la reacción de la glicerina con triglicéridos naturales, lo que se denomina transesterificación. También se pueden sintetizar a partir de metil alcanoatos tratados con glicerina. Por estas reacciones se obtiene una mezcla de alfa y beta monoglicéridos, así como de 1,2 y 1,3-diglicéridos. Por otro lado, durante el almacenamiento del producto final también se pueden dar reacciones de conversión de beta a alfa-monoglicérido, así como la formación
de más diglicéridos. Estas transformaciones pueden afectar las propiedades del producto. Además, los grupos OH de la glicerina que no están esterificados se pueden hacer reaccionar con ácidos carboxílicos de bajo peso molecular (por ejemplo, ácido láctico o ácido cítrico). De este modo se obtienen tensioactivos con propiedades distintas a las de los monoglicéridos originales que son muy usados en emulsiones alimentarias. El contenido en diglicéridos suele ser del 50% o algo superior. Un alto contenido de monoglicéridos en la mezcla le proporciona mejores propiedades emulgentes. Por ejemplo, las mezclas con un 90% de monoglicéridos son potentes emulsificantes agua en aceite. Las mezclas auto-emulsificantes pueden contener jabón, ácidos carboxílicos etoxilados o cuaternarios para aumentar su eficacia como emulsificantes primarios. Aplicaciones Se suelen usar en combinación con otros emulsificantes más solubles en agua. La elección de estos emulsificantes primarios dependerá de la naturaleza de los ingredientes de la emulsión y del pH del producto. Se usan ampliamente, tanto en sistemas catiónicos como aniónicos. Tienen propiedades espesantes y opacificantes. Estabilidad No se pueden usar a pH extremos, debido a que sufren hidrólisis. Admiten bien pH ácidos de hasta 4 o 5, como por ejemplo en antitranspirantes, donde se usan en combinación con tensioactivos no iónicos o catiónicos. En medio básico, se pueden usar hasta pH de 9 o 10, como es el caso de los decolorantes capilares, en los cuales aparecen combinados con emulsificantes aniónicos o no iónicos. Precauciones Los monoglicéridos son seguros y se utilizan tanto en cosmética como en alimentación.
Subfamilia Poligliceril Ésteres
Propiedades Físico-químicas Los poligliceril ésteres son sustancias que se obtienen por esterificación de poliglicerol con ácidos carboxílicos de cadena saturada.
El poliglicerol es el resultado de la polimerización en medio básico de la glicerina, mediante reacciones de deshidratación, dando lugar a enlaces éter entre las distintas unidades. Puesto que los tres grupos OH de la molécula pueden reaccionar, lo que se obtiene realmente es una mezcla compleja de moléculas lineales, ramificadas e incluso con entrecruzamientos. También se pueden formar ciclos, dioxanos sustituídos y moléculas macrocíclicas. La situación de los enlaces éster en todos estos compuestos es desconocida. Estas mezclas son líquidos intensamente coloreados y pegajosos. Su solubilidad en agua depende del grado de sustitución y de la relación molar ácido carboxílico/poliglicerol existente. Aplicaciones Su principal aplicación es como emulsificantes w/o y o/w. Incluso los compuestos más hidrófobos de este grupo, como el poligliceril-10 decaoleato, pueden dar lugar a emulsiones estables del tipo agua en aceite. Estabilidad Al tratarse de ésteres, están sujetos a hidrólisis cuando se hallan a pH extremos. Los éteres derivados del poliglicerol presentan una buena estabilidad en productos cosméticos. Precauciones Estos tensioactivos se usan en cosmética sin generar problemas. Algunos de ellos también se utilizan como aditivos alimentarios.
Subfamilia Ésteres y Éteres de Polialcoholes
Propiedades Físico-químicas Los éteres y ésteres de polialcoholes son líquidos viscosos, obtenidos por acilación de azúcares. Dicha acilación puede dar lugar a mono- di- y tri-ésteres, dependiendo de la proporción en que se encuentren los reactivos. Otro tipo de ésteres derivan de la mezcla 2:1 del alfa y beta-acetal de la metil glucosa. La solubilidad en agua se puede controlar etoxilando la molécula. Aplicaciones Los ésteres se usan como emulsificantes y como acondicionadores de la piel.
Los alquil-éteres de glucosa son usados como tensioactivos en champús. Estabilidad Los enlaces éster de estas moléculas se hidrolizan a pH extremos. En algunos compuestos existen también enlaces acetal, que son estables en las condiciones de uso de los cosméticos. Precauciones Los ésteres y éteres de polialcoholes son seguros para usos cosméticos.
Subfamilia Ésteres del Sorbitan/Sorbitol
Propiedades Físico-químicas Este es un grupo de tensioactivos muy usados en cosmética, farmacia y alimentación. Comprenden un amplio grupo de compuestos obtenidos de la acilación del sorbitan/sorbitol y a veces posterior etoxilación. La nomenclatura es incompleta, y en ocasiones los ésteres de sorbitan son denominados ésteres de sorbitol y viceversa. El sorbitol es el alcohol de la glucosa (cuando se reduce el grupo aldehido de ésta a alcohol), y es capaz de perder una molécula de agua, bajo calentamiento o por la acción de ácidos, dando lugar a éteres internos (1,4-sorbitan, 1,5-sorbitan y 2,5-sorbitan). El 1,4-sorbitan puede sufrir una segunda deshidratación dando el éter bicíclico, llamado isosorbato. Los tensioactivos más usados de este grupo suelen ser ésteres de 1,4-sorbitan en los que el grupo OH terminal es el que se esterifica. Se producen reaccionando sorbitan previamente formado con ácidos carboxílicos de cadena larga o derivados. También se forman por transesterificación durante la reacción del sorbitol con un ácido graso y un triglicérido a 270ºC. Debido a la complejidad de las reacciones de obtención, los ésteres de sorbitol/sorbitan suelen ser mezclas de distintos compuestos. Los grupos OH que quedan libres tras la esterificación pueden reaccionar con óxido de etileno, obteniéndose cadenas de polioxietileno. En algunos casos, por transesterificación, los grupos acilo unidos a la molécula de sorbitan pueden migrar y unirse al final de las cadenas de polioxietileno. Normalmente, no se etoxila sólo un grupo OH. Las moléculas suelen presentar varias cadenas relativamente cortas de polietilenglicol en lugar de una sola más larga, lo que les da una forma más compacta.
Este grupo tiene un comportamiento emulsificante algo distinto al del resto de tensioactivos no iónicos, debido a la distribución de las cadenas hidrofílicas. No forman apenas espumas, aunque poseen la capacidad de disminuir la tensión interfacial. Algunos de estos compuestos son muy solubles en agua mientras que otros son tan insolubles que no se pueden dispersar en ella. Son sólidos céreos o líquidos de color beige o tostado. Aplicaciones La principal aplicación es como agentes emulsificantes. Dependiendo del HLB del compuesto, se usan como emulsificantes w/o o o/w. También se usan como solubilizantes aquellos ésteres de sorbitan/sorbitol más etoxilados. Estabilidad Se ha comprobado la estabilidad de estos productos en muy distintas condiciones. Precauciones Son compuestos seguros.
Subfamilia Triésteres del Ácido Fosfórico
Propiedades Físico-químicas Los únicos derivados del ácido fosfórico que presentan propiedades tensioactivas son los triésteres. Se obtienen preferentemente de la reacción de un alcohol polietoxilado con POCl3. Son líquidos solubles en agua y en sustancias apolares. Tienen carácter ligeramente hidrofóbico. Aplicaciones Se usan principalmente como emulsificantes o/w y w/o. Estabilidad Sufren hidrólisis, por lo que han de evitarse usos en ambientes con pH extremos, especialmente los medios ácidos.
Precauciones Sólo se dispone de información limitada con respecto a su seguridad.
Familia Éteres Todas las sustancias con contenido en óxido de etileno podrían ser clasificadas como éteres. Sin embargo, en esta familia se tratarán sólo aquellos compuestos que no poseen ningún grupo funcional a parte del grupo éter. También se han incluído los derivados etoxilados de la lanolina, aunque ésta es en realidad una mezcla de ésteres con grupos OH en sus cadenas. La familia de los éteres se divide en cuatro grupos:
1. 2. 3. 4.
Alcoholes etoxilados Derivados etoxilados de la lanolina Polisiloxanos etoxilados Éteres de PEG propoxilados
Subfamilia Alcoholes Etoxilados
Propiedades Físico-químicas Esta subfamilia contiene a los derivados etoxilados de los alcoholes grasos. La mayoría de estos alcoholes grasos carecen de propiedades tensioactivas debido a su insolubilidad en agua, por lo que se hacen reaccionar con polioxietileno, que les confiere el carácter hidrofílico deseado. Los alcoholes más usados son alcoholes primarios de cadena larga y los alquilfenoles. Dentro de los alquil fenoles existen tres muy usados: el octil-fenol, el nonil-fenol y el dinonil-fenol. El octil-fenol se obtiene por reacción de Friedel-Crafts de diisobutileno con fenol; el nonilfenol, por la alquilación del fenol realizada a partir de una mezcla de nonenos derivados del propileno; y el dinonilfenol, mediante una doble alquilación con nonenos. La etoxilación de los alcoholes grasos y los alquil-fenoles tienen lugar bajo presión y calentamiento y con catálisis básica. Da lugar a mezclas de compuestos con distintas longitudes de cadena de polietilenglicol. Además, suelen quedar impurezas de alcohol o alquil-fenol sin reaccionar. En general, la solubilidad en agua aparece a partir de las 6 moléculas de óxido de etileno. Su HLB puede variar en un rango que va desde 3 hasta 18. A la hora de nombrar a los alcoholes etoxilados, se utiliza el "valor n" que indica el número medio de unidades de OE que tiene el alcohol etoxilado. Hay que señalar
que este valor no tiene por qué indicar la longitud de cadena del compuesto mayoritario, ya que, por ejemplo, una mezcla rica en moléculas con 2 OE y cadenas con 16 OE puede tomar como valor medio 9 OE, aunque apenas existan realmente moléculas con este número de unidades de óxido de etileno. Estas sustancias pueden ser líquidos o sólidos duros, dependiendo del grado de etoxilación. Una característica peculiar es que sus disoluciones en agua se vuelven turbias al calentar y acaban precipitando. Esto se debe a que a altas temperaturas el movimiento molecular rompe los hidratos. La temperatura a la que se alcanza la turbidez depende del grado de etoxilación. Aplicaciones Los alcoholes etoxilados se usan como emulsificantes o/w y w/o. Normalmente, se usan mezclas de varios de ellos, ya que esto aumenta su capacidad para estabilizar las emulsiones. Son buenos detergentes, pero su baja formación de espumas los hace poco atractivos en cosmética. También se usan como estabilizantes aquellos compuestos que presentan mayor HLB. Estabilidad Son compuestos bastante inertes por lo que presentan muy buena estabilidad en todos los productos cosméticos. Precauciones Se han detectado pocos casos de reacciones adversas.
Subfamilia Derivados Etoxilados de la Lanolina
Propiedades Físico-químicas La mayor parte de los compuestos que forman la mezcla natural denominada lanolina pueden ser etoxilados. La reacción de etoxilación da lugar a complejas mezclas de tensioactivos, que contienen esteroles, alcoholes de lanolina, ácidos grasos de lanolina y lanolina sin reaccionar. La formación de esta mezcla se debe al contenido en agua de la lanolina y a transesterificaciones ocurridas durante la etoxilación. La mayor parte de los compuestos que se obtienen están suficientemente etoxilados como para ser solubles en agua.
Son sólidos céreos de color beige. Aplicaciones Los derivados etoxilados de la lanolina se utilizan como emulsificantes, agentes formadores de suspensiones y solubilizantes. En general, proporcionan a los productos cosméticos las ventajas naturales de la lanolina pero sin transferir su textura untuosa. Estabilidad Poseen una estabilidad aceptable. Precauciones Estos compuestos cumplen los requisitos de seguridad para productos cosméticos.
Subfamilia Polisiloxanos Etoxilados
Propiedades Físico-químicas Este grupo está formado por los derivados etoxilados de los polisiloxanos. La síntesis de estos derivados está patentada. Los productos de partida son generalmente dimetil polisiloxanos de bajo o medio peso molecular terminados con un silano funcional, por ejemplo un silanol. Estos compuestos reaccionan con óxido de etileno y, en ocasiones, también con óxido de propileno. Este grupo de compuestos también se denominan copolioles de dimeticona. Para que sean solubles en agua, han de tener al menos un contenido del 75% de polioxietileno. Son sustancias líquidas con pesos moleculares en torno a 1200. Aplicaciones Se usan como emulsificantes, especialmente para la emulsificación de aceites de silicona.
Estabilidad Los polisiloxanos etoxilados son bastante inertes, por lo que presentan buena estabilidad en productos cosméticos. Precauciones Son sustancias seguras para uso cosmético.
Subfamilia Éteres de PEG Propoxilados
Propiedades Físico-químicas Esta subfamilia de tensioactivos recoge un gran número de polímeros de bloque, que contienen cadenas de polipropilenglicol y de polietilenglicol. La polimerización de unidades de óxido de propileno tiene lugar a alta presión y temperatura, y con catálisis básica. Además, requiere un iniciador, una molécula con uno o dos grupos OH, sobre la que comenzará la propoxilacion. Así, si el iniciador es butanol, su grupo hidroxilo dará lugar al éter butílico propoxilado. Los compuestos obtenidos en esta primera etapa son hidrófobos. Cuando el iniciador posee dos grupos OH, la propoxilación da lugar a dos cadenas de polipropilenglicol. La insolubilidad en agua de estos compuestos se alcanza a pesos moleculares superiores a 1000. Los productos propoxilados se hacen reaccionar con óxido de etileno, obteniéndose PPG-n alquil éteres etoxilados. Las cadenas de polioxietileno son las partes hidrofílicas de los compuestos. También se incluyen en este grupo los polímeros de bloque obtenidos por una primera etoxilación de un iniciador con 2 grupos OH y posterior propoxilación. Los productos en este caso son PEG-n alquil éteres propoxilados. El HLB de estos éteres se controla variando la longitud de las distintas cadenas de polipropilenglicol y polietilenglicol. Puede alcanzar valores extremos (desde 1 hasta 30). Estos tensioactivos disminuyen tanto la tensión superficial como la interfacial. Algunos de ellos forman espumas, mientras que otros tienden a gelificar en presencia de agua. Podemos encontrar compuestos líquidos, sólidos duros y blandos. Aplicaciones Se utilizan muy ampliamente, debido a su total compatibilidad con todo tipo de tensioactivo.
Son adecuados en productos para la piel. Son poderosos humectantes y dispersantes. También se usan como emulsificantes, solubilizantes y dispersantes de jabones cálcicos. Estabilidad Son un grupo bastante estable en cosmética; su único inconveniente es que pueden llegar a formar peróxidos. Precauciones Estos productos son muy seguros para usos cosméticos. Algunos de ellos se usan en alimentación.
