W przemyśle kosmetycznym czy farmaceutycznym na szeroką skalę stosuje się układy składające się z 2 nie mieszających się ze sobą faz, jedna z nich jest fazą ciągłą, czyli rozpraszającą a druga fazą nieciągła, czyli rozproszoną. Istnieje, więc problem utrwalenia takich układów, które maja olbrzymią powierzchnie styku tych faz. Związkami, które ten problem rozwiązuj są, tenzydy.

Tenzydy to związki chemiczne, które wykazują dobre własności myjące, emulgujące, dyspergujące, pianotwórcze czy solubiluzujące oraz są zdolne do zmniejszania napięcia na powierzchni kontaktu fazowego, mają także charakterystyczną budowę amfifilową (biegunową), ponieważ zawierają w swojej cząsteczce asymetrycznie rozłożone, zarówno polarne grupy hydrofilowe, jak i niepolarne - lipofilowe. Wskutek takiej budowy mają zdolność ustawiania się w sposób zorientowany na powierzchni kontaktu fazowego i zmniejszenia napięcia powierzchniowego np. grupa polarna tkwi w fazie wodnej, bowiem do niej wykazuje powinowactwo a niepolarna w fazie hydrofobowej albowiem to do nie wykazuje powinowactwo.

Do grup polarnych zaliczamy:

• OH
• COOH
• COOR
• CHO
• NH⁴
• NO₂
• SO₃Me
• Cl, Br, I

Do grup apolarnych zaliczamy:

• Rodniki węglowodorowe alkilowe, szczególnie grupy o dłuższym łańcuchu węglowym np.C11-C17
• Grupy arylowe np. fenylowa C₆H₅, naftylowa:C₁₀H₇
• Grupy sterydowe

Tenzydy inaczej nazywane środkami powierzchniowo czynnymi (SPC) obniżają napięcie powierzchniowe, spróbujmy wyjaśnić to pojęcie: – Napięcie powierzchniowe cieczy powstaje w wyniku wzajemnego oddziaływania cząsteczek we wnętrzu i na powierzchni cieczy. Cząsteczki położone w warstwie powierzchniowej znajdują się w zupełnie innych warunkach jak cząsteczki znajdujące się we wnętrzu cieczy. Siła wypadkowa działająca na cząsteczki położone na powierzchni jest skierowana w głąb cieczy i działa prostopadle do jej powierzchni i usiłuje zmniejszyć swobodną powierzchnię cieczy. Ciecz dąży, zatem do zmniejszenia liczby cząsteczek na swojej powierzchni, a więc do osiągnięcia możliwie najmniejszej swobodnej powierzchni.
Chcąc zwiększyć swobodną powierzchnię cieczy, trzeba wykonać pewną pracę na pokonanie napięcia powierzchniowego. Energia potrzebna do wytworzenia 1 cm3 nowej powierzchni cieczy określa się jako wolną energię powierzchniową, przyjmuje ona inne wartości dla każdej cieczy i sprawia, że odnosimy wrażenie, że na powierzchni cieczy jest błona.

Napięcie powierzchniowe wody może się zmienić, gdy rozpuścimy w niej np. sacharozę czy inne hydrofilowe substancje. Napięcie zmniejsza się natomiast, gdy w wodzie rozpuścimy SPC.

W Przypadku, gdy w roztworze stężenie tenzydow nie jest zbyt duże gromadzą się one na granicy faz, inaczej dzieje się natomiast, gdy ich stężenie jest większe-wówczas część SPC dokładnie pokrywa cześć graniczna a pozostała ich ilość „pływa” wewnątrz cieczy łącza się w micele koloidowe.

Stężenie tenzydów, w, którym pokrywają one już cała granicę mononuklearną, nazywamy Krytycznym stężeniem micelarnym, warto wspomnieć, że takie stężenie SPC jest optymalne dla jego działania, dalsze zwiększanie jego stężenia nie przynosi już poprawy efektu działania.

Tenzydy wykazują właściwości emulgujące w przypadku układów rozproszonych złożonych z 2 faz ciekłych. Ułatwiają, więc tworzenie się emulsji na granicy olej/woda, ponad to stabilizują wytworzoną emulsję – wytwarzają otoczkę ochronna na granicy fazy rozproszonej. Na skutek działania PSC nie dochodzi w przypadku emulgatorów do koalescencji, (czyli łączeniu się małych kuleczek w większe).

Kolejne właściwości detergentów (odmiana tenzydów) dotyczą wody i roztworów dodanych na powierzchni ciała stałego.

Sposób, w jaki zachowuje się woda na powierzchni ciała stałego zależy od:

• Napięcia powierzchniowego
• Od tego czy powierzchnia ciała stałego jest hydrofobowa

Substancje o niskim napięciu powierzchniowym np. eter nie tworzą kropel na szkle a woda tak, ciecze takie jak eter na zwilżają powierzchnie, i tak na hydrofobowej powierzchni kropla wody może się po niej przetoczyć i wcale jej nie zwilżyć, ale w przypadku, gdy dodamy SPC do wody, ułatwi to zwilżenie przez nią powierzchni tkaniny czy innego materiału hydrofobowego np. skóry ludzkiej. Podsumowując można stwierdzić, że każdy emulgator będzie dobrze stabilizował emulsje, jeśli wystarczy go na wytworzenie błon mononuklearnych dookoła wszystkich kuleczek oleju rozproszonego w fazie wodnej. Ponieważ dokładne ustalenie powierzchni rozproszonej fazy olejowej jest dość trudne, ilość potrzebnego emulgatora wyznacza się doświadczalnie.

Liczba HLB
Biegunowych substancji powierzchniowo czynnych (SPC) na własnościach, których bazuje przemysł farmaceutyczny czy kosmetyczny, jest tysiące. Są one podstawą dla zajścia wielu procesów technologicznych.

Oto kilka pożądanych własności SPC:

• SPC stosowane (do użytku wewnętrznego) w lecznictwie musza być obligatoryjnie nietoksyczne
• Nie mogą być drażniące ( w przypadku użycia zewnętrznego)
• Charakter grup hydrofilowych i lipofilnych – ich ilość, moc działania i wzajemny stosunek sił oddziaływania decydują o zachowaniu się emulgatora w różnych układach

Ponieważ praktyczne wykorzystanie tenzydów jest ogromne (emulgatory, solubilizatory, substancje zwilżające), dlatego wymagana jest znajomość stosunku części hydrofilowej do lipofilowej (hydrofobowej) w ich amfofilowej cząsteczce.
Wyrazem tego stosunku jest liczba HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance), której wartość liczbową oznacza się doświadczalnie lub wylicza na podstawie ustalonej doświadczalnie budowy strukturalnej. Równowaga powinowactw może być wyrażona przez dowolną liczbę i okazało się, że jest to wygodny sposób klasyfikacji środków powierzchniowo czynnych. System HLB umożliwia dokonanie wielu uogólnień, lecz ostateczna decyzja wymaga przeprowadzenia doświadczeń dla uzyskania całkowicie zadowalających i potwierdzonych wyników. Okazuje się jednak, że dla zemulgowania każdego oleju czy innej substancji lipofilowej, najlepiej nadają się emulgatory o pewnej optymalnej wartości HLB, która określa się jako skrót: RHLB-, czyli potrzebna HLB, warto tez wspomnieć, że w przypadku, gdy w roztworze znajduje się mieszanina emulgatorów to HLB jest wypadkowa wszystkich grup polarnych i apolarnych poszczególnych składników

SPC dzielimy na następujące rodzaje:

1) Niejonowe (niedysocjujące) to wszystkie te, PSC które składają się z grup polarnych i niepolarnych, typ emulsji, jaki otrzymuje się z ich zastosowaniem zależy od wartości HLB, rozpuszczalności w H2o. Emulgatory niejonowe( niedysocjujące) są znacznie lepsze w użyciu niż te jonotwórcze, gdyż nie wykazują wrażliwości na dodatki w postaci elektrolitów i na zmiany pH w dość szerokim zakresie . W tej grupie SPC są obecne alkohole, estry, eteroestry kwasów tłuszczowych i hydroksy-kwasów karboksylowych oraz cukrów wielowodoro-tlenowych. Najbardziej znanymi są spany i tweeny.

 W tym typie SPC przeważają: alkohole alifatyczne ( n=10-16), oto najczęściej stosowane:

• Laurylowy CH₃(CH₂)₁₀CH₂OH
• Cetylowy  CH₃(CH₂)₁₄CH₂OH
• Stearylowy CH₃(CH₂)₁₆CH₂OH

Oraz ich mieszaniny

• Estry i etery

Na ogół są to słabe emulgatory typu w/o – używane jako emulgatory pomocnicze w maściach i kosmetyce.

Cholesterol - alkohol sterydowy C₂₇H₄₅OH, tworzy emulsje typ w/o, otrzymywany jest z mózgów zwierząt rzeźnych.
Cholesterol obok lanoliny i pozostałych alkoholi jest emulgatorem w masach recepturowych, ma duże znaczenie w kosmetyce,

Estry kw. Tłuszczowych z glikolami, glicerolem i cukrami:

• Monostearynian propylenoglikolu o HLB =3,4
• Monostearynian glicerolu  HLB 3,8

Te wiązki stosuje się jako emulgatory o/w w maściach.

Spany, sa bardzo mało toksyczne, rozpuszczają się dość dobrze w etanolu i olejach, w H₂O sa nierozpuszczalne, ich niskie HLB powoduje, że dają emulsje typu W/O, maja zastosowanie do produkcji maści i kremów kosmetycznych.

Estry glikoli polioksyetylenowych (PEG) - służą one jako emulgatory i solubilizatory, nie posiadają smaku i są mało toksyczne.

Saponiny - grupa substancji roślinnych z grupy glikozydów. Wykazują zdolność obniżania napięcia powierzchniowego roztworów wodnych. Powodują także hemolizę czerwonych krwinek. Saponiny łatwo wnikają w warstwę lipidową błony komórkowej tuż przy cząsteczkach cholesterolu, ściągają cholesterol do warstwy zewnętrznej błony, co powoduje wniknięcie następnych cząsteczek saponin. W wodzie saponiny rozpuszczają się dając roztwory, które silnie się pienią i maja niskie napięcie powierzchniowe.

2) Jonowe (dysocjujące), tu wyróżniamy:

a) anionowo czynne - część powierzchniowo czynną
stanowi anion cząsteczki; Do tej grupy związków zalicza się : mydła, siarczany alkilowe, niektóre sulfoniany alkilowe i alkilo- arylosulfonowe
b) kationowe czynne - część powierzchniowo czynną
stanowi kation cząsteczki; zaliczamy tu czwarto-rzędowe zasady amoniowe zwane również mydłami inwertowanymi.
c) amfoteryczne (amfolityczne) - w zależności od pH roztworu część
powierzchniowo czynna może przyjmować postać
kationu lub anionu. W tej grupie wyróżniamy anionowe i kationowe czynne lecytyny i proteiny.

Mydła
Są to sole kwasów tłuszczowych o wzorze R-COO-Me , gdzie R stanowi łańcuch prosty węglowodorowy nasycony bądź nienasycony. Me- są to głownie metale alkaliczne –jednowartościowe bądź grupa amonowa.

Mydła oraz detergenty usuwają „brud” oto cech im to umożliwiające:

• Mają własności emulgujące
• Zawieszające
• Zwilżające
• Pianotwórcze

Mydła potasowe, są bardziej miękkie od sodowych. W wodnych roztworach mydła ulęgają hydrolizie,

Mydła wapniowe i magnezowe są nierozpuszczalne w wodzie.

Mydła, w których kationem jest rodnik organiczny -  są dobrymi emulgatorami, lecz nie wykazują własności czyszczących

W lecznictwie i w kosmetyce stosujemy 3 rodzaje mydeł:

• Mydła alkaliczne. Zawierają niewielka ilość wolnych wodorotlenków alkaliów. Powoduje on pęcznienie skóry oraz rozpuszczanie naskórka
• Mydła Przetłuszczone. Zawierają nierozłożony tłuszcz, przy użyciu natłuszczają one skórę,
• Mydła obojętne nie zawierają ani tłuszczu niezmydlonego ani wolnych wodorotlenków alkaliów, nie drażnią one skóry i do codziennego użycia stosujemy tylko tego typu mydła.
• Siarczany i sulfoniany alkilowe maja bardzo wysoką wartość HLB, jako sole silnych kwasów są lepiej rozpuszczalne od mydeł a ich sole wapniowe i magnezowe są rozpuszczalne w H₂O, twarda woda nie jest, więc problemem podczas prania, są silnymi detergentami i maja odczyn obojętny. Są wydajnymi emulgatorami dla emulsji typu O/W.

Detergenty to ogólna nazwa środków piorących, myjących i czyszczących, których roztwory wodne lub emulsje ułatwiają usuwanie zabrudzeń z powierzchni ciał stałych, np. tkanin, szkła, ceramiki i metali. Są to środki powierzchniowo czynne.
Oto ich cechy:

• Szybko zwilża oczyszczana powierzchnie
• Szybko emulguje oleje znajdujące się na tej powierzchni
• Odczepia części stałe i oleiste, emulguje je i zawiesza
• Stabilizuje otrzymana emulsje czy zawiesinę

W skład detergentów wchodzą siarczany i sulfonamidy alkilowe oraz detergenty niejonowe, dodaje się też emulgatory koloidowe np.: karboksymetyloceluloze oraz fosforany i pirofosforany sodowe, te ostatnie pełnia role środków rozcieńczających i zapobiegają powtórnemu gromadzeniu się brudu.

Emulgatory Kationowo czynne
Nalezą do nich sole amin pierwszo i drugo i trzecio rzędowych, sole czwartorzędowych zasad amonowych, związki fosfoniowe, Połączenia te sa hydrofilowe i sprzyjają tworzeniu się emulsji o/w, Praktyczne znaczenie przypada na czwartorzędowe zasady amoniowe albowiem maja wlaściwości bakteriobójcze,

SPC Amfolityczne:
Lecytyna – może ona dysocjować w środowisku kwaśnym na kation i anion: CL^-, SO₄^- itp. A w środowisku alkaicznym na anion i kation: Na⁺, K⁺ itp. Oznacza to, że lecytyna może być PSC anionowym i Kationowym w zależności od pH roztworu. Lecytyna jest obecna min. w żółtku. Przykłady innych amfoterycznych PSC: żelatyna, kazeina czy mleko w proszku. Ich działanie emulgujące polega na wytwarzaniu błonki zhydratyzowanych micel dookoła kuleczki tłuszczowej. Tworzą emulsje typu O/W

Materiały Pomocnicze:

• Farmacja Stosowana pod redakcja S.Janickiego,  A.Fiebiga i M.Sznitowskiej
• Zarys Chemii Kosmetycznej W. Malinka
• Słownik chemiczny wydawnictwo Europa