Chapitre 10 Entretien des matériaux

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1 Chapitre 10 Entretien des matériaux I. Les tensioactifs I.1. Tension superficielle (rappels) Un liquide, au contraire d un gaz, ne tend pas à occuper tout l espace qui lui est offert : ses molécules sont retenues au voisinage les unes des autres par des forces de cohésion, qui sont des forces d attraction s exerçant entre elles. Si on considère une goutte d eau isolée dans l espace (schéma ci-contre), les molécules d eau au centre sont attirées par toutes leurs voisines, dans toutes les directions, donc ces attractions se compensent. Par contre les molécules d eau situées à la surface ne sont attirées que par leurs voisines situées sur les côtés et en dessous. Il en résulte une force qui les tire vers le centre d où la forme sphérique d une goutte. Si on considère une molécule située à la surface d un liquide (schéma ci-contre), elle est soumise à des forces d attraction de la part des molécules voisines qui, dans certaine mesure, l empêche de quitter le liquide (sauf par évaporation). Nous pouvons donc considérer la surface d un liquide comme une membrane élastique tendue. Définition : La surface de l eau est donc soumise à une force qui l attire vers l intérieur du liquide : c est la force de tension superficielle ou simplement tension superficielle. I.2. Effets d un tensioactif (expérience) 1) Dans un tube fin, la surface libre d un liquide forme un ménisque, c est un effet de la tension superficielle. 2) La profondeur du ménisque est proportionnelle à la tension superficielle du liquide. Tous les liquides n ont donc pas la même tension superficielle. 3) L eau savonneuse réduit la tension superficielle de l eau en répartissant ses molécules à la surface de celle-ci. Un produit qui abaisse la tension superficielle d un liquide est appelé agent tensioactif ou surfactant. Protocole : Imbiber quelques brins de laine avec de l huile. Prépare deux béchers, l un contient de l eau et l autre de l eau savonneuse. Plonger quelques brins de laine dans chacun des deux béchers. I.3. Définition et propriétés Un tensioactif ou agent de surface ou surfactant est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces. Les composés tensioactifs sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles présentent deux parties de polarité différente, l'une lipophile (qui retient les matières grasses) et apolaire, et l'autre hydrophile (miscible dans l'eau) et polaire. Les tensioactifs possèdent une tête hydrophile et une queue hydrophobe. Les têtes hydrophiles s introduisent dans l eau tandis que les queues hydrophobes se glissent entre les molécules d eau réduisant ainsi les attractions entre les molécules donc réduisent la tension superficielle. eau

2 Ils permettent ainsi de solubiliser deux phases non miscibles, en interagissant avec l'une apolaire (c'est-à-dire lipophile donc hydrophobe), par sa partie hydrophobe ; tandis qu'avec l'autre phase qui est polaire, il interagira par sa partie hydrophile. Parmi les tensioactifs, on s intéresse aux détergents, puis aux savons. II. Les détergents II.1. Définition D après le dictionnaire, un détergent est un produit, doté de propriétés tensioactives, qui nettoie en entraînant les impuretés (salissures). Exemple : Le dodecylsulfate de sodium (ou laurylsulfate de sodium) utilisé dans les dentifrices, shampoing, II.2. Les pouvoirs des détergents Expérience : Imbiber quelques brins de laine avec de l huile. Prépare deux béchers, l un contient de l eau et l autre de l eau avec quelques gouttes de détergent (produit vaisselle). Plonger quelques brins de laine dans chacun des deux béchers. Observations : Dans le bécher contenant de l eau, les brins de laine flottent et il ne se passe rien. Dans le bécher d eau savonneuse, les brins de laine coulent. Questions : Pourquoi est-ce que les brins de laine coulent dans le bécher contenant de l eau avec détergents? En tant qu agent tensioactif, le détergent abaisse la tension superficielle de l eau. L eau avec détergents peut donc pénétrer les plus petits interstices de la laine et la mouiller ce qui provoque son immersion totale dans le bécher. On parle du POUVOIR MOUILLANT des détergents. Eau seule : élevée La cohésion du liquide l emporte sur les interactions avec le solide. Le liquide s étale peu. eau solide Eau + tensio-actif La tension superficielle a baissé. Moins de cohésion. Le liquide s étale. Mouillage meilleur. solide eau

3 Comment agit le tensioactif? En tant qu agent tensioactif, le détergent va s immiscer entre l huile et la laine, il va petit à petit diviser le corps gras et former des micelles englobant les petites gouttes d huile. On parle du POUVOIR EMULSIFIANT des détergents. Eau + détergents Eau + détergents Eau + détergents Graisse Graisse Tissu La queue hydrophobe des molécules de détergent se fixe dans la graisse. Graisse Tissu Les têtes hydrophiles se repoussent entre elles, provoquant une agglomération de la tâche. Tissu Une agitation modérée décolle la tâche de graisse du tissu. Les micelles ainsi formées se dispersent dans l eau. Pourquoi est-ce que l eau avec détergents mousse si on la remue? Quand on agite de l eau avec détergents, on fait s y dissoudre de l air. Les bulles d air s échappent ensuite du liquide en entraînant avec elles un film d eau avec détergents, ce qui forme des bulles. On parle du POUVOIR MOUSSANT des détergents. Rem : Le meilleur détergent n est pas obligatoirement le produit qui mousse le plus. Les molécules tensio-actives renforcent la mince pellicule d eau qui forme les bulles. II.3. Trois types de détergents Les détergents anioniques ont leur partie hydrophile chargée négativement. Ils libèrent une charge négative (anion) en solution aqueuse. On trouve principalement les alkyl-sulfates et les alkyl-sulfonates. Ils sont principalement utilisés dans les lessives et produits de nettoyage grâce à leur fort pouvoir émulsionnant et moussant. Remarque : les savons sont des tensioactifs anioniques (alkyl-carboxylates ; voir plus loin)

4 Les détergents cationiques ont leur partie hydrophile chargée positivement. Ils libèrent une charge positive (cation) en solution aqueuse. On trouve principalement les chlorhydrates d'amine, et les sels d ammonium. Ils sont principalement utilisés dans les shampoings, déodorants, assouplissants, en raison de leur propriété désinfectante (bactériostatique et émulsionnante) et de leur affinité avec la kératine. Les détergents non ioniques ne comportent aucune charge nette. Ils ne comportent aucune charge nette (ils ne s'ionisent pas dans l'eau). Les tensioactifs non ioniques (hydroxyles) sont généralement compatibles avec les autres tensioactifs. On les trouve dans l'industrie textile, et en cosmétologie en raison d'une moindre agressivité et d'un faible pouvoir moussant. II.4. Action détergente d un détergent sur une tache minérale Le processus est inverse. Les têtes hydrophiles du détergent se fixent sur la tâche, les queues hydrophobes sont alors dirigées à l extérieur de la tâche et vont attirer d autres molécules de détergent pour former une deuxième couche. Finalement la tâche de terre est entourée d une enveloppe de têtes hydrophiles, elle va pouvoir être détachée par agitation et les micelles ainsi formées vont se disperser dans l eau. terre terre III. Les savons III.1. Synthèse d un savon Lorsqu on fait réagir un corps gras (huile) avec de la soude (hydroxyde de sodium) on réalise une saponification qui donne du savon et du glycérol. Corps gras (huile) soude savon glycérol

5 III.2. Les savons, des tensioactifs anioniques Les ions carboxylates sont des ions présents dans le savon. On leur doit leurs propriétés détergentes. L'ion carboxylate est un composé tensioactif, il est en effet composé : D'une chaîne carbonée R hydrophobe presque entièrement apolaire. D'une tête polarisée hydrophile ( COO ). Voici donc le schéma d'un ion carboxylate, qui est logiquement similaire à celui des tensioactifs : On peut également noter sa formule semi-développée plane : Parmi les additifs présents dans les savons, on trouve : - des agents anticalcaires, pour réduire la sensibilité des savons à précipiter en eau dure - des colorants - des parfums ou des huiles essentielles extraites de plantes - des substances aux propriétés antiseptiques Sous sa forme la plus simple, le savon est un produit détergent totalement biodégradable. Les additifs peuvent être polluants pour l'environnement. III.3. Inconvénients des savons - L eau savonneuse est un milieu basique (ph > 7) Il n est donc pas recommandé d utiliser un savon en milieu acide - Le savon est inutilisable avec de l eau de mer : il précipite avec les ions sodium. Il n est donc pas recommandé d utiliser un savon en milieu salé. - Le savon fait précipiter les ions calcium et magnésium. (Une eau est dure si sa concentration en ions calcium et magnésium est grande.) Il n est donc pas recommandé d utiliser un savon en présence d eau dure. Ces problèmes n existent pas avec les détergents de synthèse. IV. Les lessives Décoller la tache, blanchir sans décolorer, assouplir, parfumer, autant de défis à relever pour nos lessives actuelles. Alors que quelques produits suffisaient autrefois pour nettoyer le linge, aujourd hui les lessives sont un mélange de constituants chimiques répondant aux multiples exigences modernes. Pénétrer le linge et décoller les taches, les produits appelés tensioactifs s en chargent. Les phosphates améliorent ces propriétés notamment en permettant leur bonne dispersion dans l eau de lavage quelle que soit la composition minérale de celle-ci. Contestés à cause de leurs effets sur l environnement (eutrophisation), ils sont peu à peu remplacés par les zéolithes (minéral microporeux appartenant au groupe des silicates). Additifs (autres molécules) : des agents anti-déposition qui évitent à la tache de revenir se poser sur le tissu, des azurants optiques qui réémettent les UV dans le bleu - violet pour rendre le linge «plus blanc que blanc» et compenser le jaunissement des tissus, des assouplissants, et des arômes.

6 Annexe graphique : chapitre 10

7 Introduction Chapitre 10 Les savons (CPS)

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