Caractérisation physico-chimique d’un système tensioactif mixte Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire Faculté des Sciences Exactes et Appliquées Département de Chimie Université d’Oran Caractérisation physico-chimique d’un système tensioactif mixte non ionique/ non ionique M. NAOUS1,3, F. BOUANANI2,3 1 Département de Sciences appliquées, Université Ibn Khaldoun, TIARET. 2 Département de Chimie, ENPO, ORAN . 3Laboratoire de chimie physique macromoléculaire Université d’ES Senia, Oran.

Plan de l’exposé Généralités Choix des surfactants Points trouble: définition Détermination expérimentales du point trouble Diffusion dynamique de lumière (DDL) Résultats expérimentaux de la DDL Résultats expérimentaux méthode visuelle Traitement thermodynamique Conclusion

Généralités Les tensioactifs non-ioniques Partie hydrophobe(chaîne) Partie hydrophile(tête) Les tensioactifs cationiques exp : des sels d’ammoniums quaternaire Les tensioactifs anioniques (exp:   les sulfates RHOSO-3Na+ Les tensioactifs amphotères exp : carboxybetaines R-N+(CH3) 2CH2COO- Les tensioactifs non-ioniques exp : les alkyles oxydes de polyéthylène R(OCH2CH2)nOH  

Comportement des tensioactif en milieu aqueux Evolution de la tension superficielle en fonction de la concentration au cours du phénomène de micellisation

Tensioactifs étudiés TX-100: tensioactif non ionique de type polyoxyéthylène p-tert-octyl-phenoxy polyéthylène ether cmc=0.22 mM1 C14H22O(C2H4O)n (n=9-10) MEGA-10: tensiactif non ionique à base de sucre n-Decanoyl-N-methyl-D-glucamide cmc= 6 mM2 1. Churchward, M. A., Butt, R. H., Lang, J. C., et al. (2005) Proteome Sci. 3, 5. 2. Hierrezuelo, J. M., Aguiar, J., Ruiz, C. C. (2004) Langmuir 20, 10419-10426.

TX 100: tensioactif polyéthoxylé Choix des surfactants TX 100: tensioactif polyéthoxylé Applications - Detergence ménagére et industrielle l’agriculture, -Domaine du textile et du papier -Pétrole et autres industries de transformation Propriétés - Trés faibles cmc - Ne s’ionise pas en solution car la tête polaire n’est pas chargée (un moment dipolaire non nul) -Faible sensibilité à la présence d’électrolytes -Aucun effet sur le pH du milieu aqueux. - Flexibilité synthétique des chaines polyethoxylées -Présente un point trouble -utilisés dans diverses formulations avec des tensioactifs ioniques car moins toxiques.

Mega 10 tensioactif à base de sucre Choix des surfactants intérêt - Fait partie des « green surfactants » -Le peu d’études et de recherches effectués sur ce type de biosurfactant est à l’origine de leurs utilisations restreinte. - L’étude que nous proposons vise à mieux connaitre les propriétés de ce type de surfactants et à établir une relation structure- propriétés. Propriétés - Très grande biodégradabilité - Innocuité - Excellents émulsifiants - résistants au PH extrêmes - Agents assouplissants( non-irritants) -Compatibilité avec l’environnement et l’ecosystème Mega 10 tensioactif à base de sucre

Point Trouble : Définition Diagramme de phase d’une solution aqueuse d’un surfactant non ionique -Observation du point trouble à partir de la CMC. -Le point trouble varie avec la concentration du surfactant. -Présence d’interaction attractive très fortes augmentation de la taille des micelles. Remarque: certains tensioactifs comme les tensioactifs à base de sucre (exp Mega-10) ne présentent pas de point trouble, en raison de la

Détermination expérimentale du point trouble Méthode visuelle: observer l’état physique des solutions en fonction de l’augmentation de la température. Méthode spectroscopique: diffusion dynamique de la lumière(DDL), mesure la taille des micelles ( rayon hydrodynamique) en fonction de l’augmentation de la température. Préparation des solutions du système mixte: dilution des solutions mères preparées en mélangeant chaque surfactant à une fraction molaire bien définie.

Diffusion dynamique de la lumière (DDL) le mouvement brownien des micelles dépend de la température et de la tailles des particules. l’intensité diffusée est liée au coefficient de diffusion D inversement proportionnel au rayon RH Le rayon hydrodynamique de la micelle est donné par l’équation de stokes-Einstein D = coeficient de difusion RH : rayon hydrodynamique T : temperature absolue h : viscosité du milieu kT RH = 6 p h D

Résultats expérimentaux (DDL) Rayon RH des micelles mixte et pures MEGA-10/TX100 en fonction de la température. La taille des micelles ( RH) pour le TX-100 ainsi que pour les systèmes mixtes pour différentes fractions molaire (80; 60%) augmente progressivement avec la température , ensuite de manière exponentielle à t° ~ T°trouble ; la solution est trouble. Les interactions attractives (dipôle-dipôle) vont augmenter avec la température d’où l’augmentation de RH et coalescence des micelles induisant une séparation des phase. L’augmentation de RH est d’autant plus rapide que le pourcentage du TX-100 est important.

Résultats expérimentaux (DDL) Le Mega 10 ne présente pas le même comportement, la taille des micelles ne change pas avec T, les liaisons hydrogènes entre les OH du tensioactif et l’eau sont fortes et stables par rapport à la température. Les micelles du système TX100/Mega10 à 20%en TX100 ont le même comportement que celui du Mega-10.

Résultats expérimentaux (Méthode visuelle) Fraction molaire du TX100 Point trouble non détectable 0,2 0,4 0,6 détectable 0,8 1 On note la température de trouble, lorsque la solution devient tubide (trouble) Seuls les pourcentage 60, 80 et 100% en TX100 présentent un point trouble : résultats cohérent avec la DDL Les solutions micellaires 20% et 40 % ne présentent pas de point trouble. Ils rejoignent le comportement du Mega 10. Le Mega 10 ne présente pas le phénoméne de trouble car les liaisons hydrogène sucre sont très fortes et ne sont pas affectées par l’augmentation de la température.

Résultats expérimentaux (Méthode visuelle) Point trouble en fonction de fraction molaire de TX100 dans le mélange ( méthode visuelle). Résultats cohérents avec ceux de la DDL Augmentation de T de point de trouble avec l’augmentation de la fraction molaire en Mega-10 . Plus le Méga 10 est présent dans les micelles mixtes, plus les fortes interactions entre les groupements hydroxyles et l’eau dominent.

Paramètres thermodynamiques L’énergie libre standard est donnée selon le modèle de pseudo-phase: ou Xs est la fraction molaire du TX-100 dans le mélange. L’enthalpie standard est donnée par la formule de Gibbs Helmholtz: L’entropie est déduite par:

Résultats thermodynamiques Le phénomène de trouble est accompagné de deux processus: la déshydratation des groupements polypolyéthylène et des hydroxyles avec une absorption de chaleur (endothermique), et une auto-association des micelles déshydratées qui suit un phénomène de dégagement de chaleur(exothermique). Les valeurs de l’enthalpie et de l’entropie dépendent de la contribution relative de ces deux phénomènes. Les valeurs de ΔH sont négatives le phénomène d’auto-association des micelles déshydratées l’emporte sur le phénoméne de déshydratation.

Détermination des paramètres thermodynamiques ΔG > 0 pour les mélangesTX100/Mega10 100, 80 et 60% en TX100 la séparation de phase n’est pas spontanée. le phénomène de trouble devient moins favorable avec l’augmentation de proportion en Mega10 dans les micelles mixtes TX100/Mega10 , c.a.d diminution des interactions intermicellaires et donc diminution de T° trouble. Les valeurs de ΔH sont négatives, phénomène est exothermique.

Conclusion Générale La caractérisation physico- chimique du système mixte MEGA-10 / TX100 a permis de déterminer la température de trouble des systèmes mixtes à différentes proportions et de déduire la nature des interactions intermicellaires. Le MEGA-10 possède un comportement particulier, puisqu’il ne présente pas le phénomène de trouble . La croissance micellaire dans les différents systémes mixtes (riches en TX100) est du aux interactions attractives (de type dipôle-dipôle) qui augmentent avec la température suite à la destruction des liaisons hydrogènes avec le solvant. Il s’en suite coalescence des micelles induisant une séparation de phase.

Pour le système MEGA-10/TX100, la croissance micellaire en fonction de la température est d’autant plus rapide que la proportion relative de TX100 dans le mélange est importante. Les systèmes mixtes riches en MEGA-10 ne présentent pas le phénomène de trouble. Les paramètres thermodynamiques calculés ont permis de mettre en évidence deux processus: la déshydratation des groupements polypolyéthylène et des hydroxyles avec une absorption de chaleur (endothermique), et l’ auto-association des micelles déshydratées qui suit un phénomène de dégagement de chaleur(exothermique).

Merci pour votre attention