Propriétés de divers agents épaississants
De nombreuses substances peuvent servir d'épaississants, leur nature variant selon les applications. On les classe généralement par masse moléculaire en deux catégories : les épaississants de faible masse moléculaire et ceux de masse moléculaire élevée. Les groupes fonctionnels permettent quant à eux de les répartir en quatre grandes catégories : les épaississants inorganiques, les épaississants cellulosiques, les polyacrylates et les épaississants polyuréthanes associatifs. Cette section traite principalement de la classification des épaississants selon leur masse moléculaire.
Épaississant à faible poids moléculaire :
♦ Épaississants à base de sels inorganiques
Le système utilisant des sels inorganiques (tels que le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, chlorure d'ammoniumL'utilisation de tensioactifs tels que le chlorure de monoéthanolamine, le chlorure de diéthanolamine, le sulfate de sodium, le phosphate de sodium, le phosphate disodique et le tripolyphosphate pentasodique comme épaississants est généralement un système de solution aqueuse de tensioactif, le chlorure de sodium étant le plus couramment utilisé et présentant des effets épaississants significatifs.
♦ Épaississants à base d'alcool et d'acides gras
Les alcools gras et les acides gras (notamment l'alcool laurique, l'alcool myristique, l'alcool caprique, l'alcool caprylique, l'octanol, l'alcool cétylique, l'acide laurique, l'acide linoléique, l'acide linolénique, l'acide myristique, l'acide stéarique, etc.) sont des composés organiques polaires qui agissent comme tensioactifs non ioniques. Ces composés possèdent des groupements hydrophobes et hydrophiles. La présence de faibles quantités de ces substances organiques influence significativement les propriétés des tensioactifs, comme la tension superficielle, et cet impact augmente proportionnellement à la longueur de la chaîne carbonée.
♦ Épaississants à base d'alcoolamide
Les alkylamides épaississent efficacement les solutions en présence d'électrolytes. Leurs performances varient considérablement, l'alkylamide de diéthanolamide d'huile de coco étant le plus couramment utilisé. Leurs effets diffèrent selon qu'ils sont utilisés seuls ou en combinaison. Un inconvénient majeur de ces épaississants est la présence d'amines libres dans leurs impuretés, qui peuvent constituer une source potentielle de nitrosamines.
♦ Épaississants à base d'éther
Ce type d'épaississant appartient à la famille des épaississants non ioniques et est principalement composé de sulfates d'éthers polyoxyéthyléniques d'alcools gras. En général, les sels inorganiques suffisent à eux seuls pour atteindre la viscosité souhaitée. De plus, son effet épaississant est fortement influencé par la distribution des alcools non réagis et de leurs homologues présents dans le produit. Une distribution plus étroite des homologues induit un effet épaississant plus marqué.
♦ Épaississants à base d'esters
Ce type d'épaississant appartient à la famille des épaississants non ioniques et est principalement utilisé dans les systèmes tensioactifs aqueux. Ses avantages comprennent sa résistance à l'hydrolyse et sa stabilité de viscosité sur une large gamme de pH et de températures. La formulation la plus couramment utilisée est le distéarate de PEG-150.
♦ Épaississant Oxamide
L'acide oxamique est un tensioactif polaire non ionique aux propriétés épaississantes. Ses caractéristiques sont les suivantes : en milieu neutre ou alcalin, il existe sous forme d'hydrate non ionisé en solution aqueuse, présentant un comportement non ionique ; en milieu acide, il présente de faibles propriétés cationiques. Lorsque le pH de la solution est inférieur à 3, le comportement cationique de l'acide oxamique est particulièrement marqué. Par conséquent, il peut interagir efficacement avec divers tensioactifs – cationiques, anioniques, non ioniques et amphotères – dans différentes conditions, présentant des effets synergiques. L'acide oxamique est couramment utilisé comme épaississant dans les cosmétiques, notamment dans les produits suivants : acide oxamique myristique, acide oxamique isostéaryl aminopropyl, acide oxamique aminopropyl d'huile de coco, acide oxamique aminopropyl de germe de blé, acide oxamique aminopropyl de soja et acide oxamique lauryl PEG-3.
♦ Autres épaississants
Certaines bétaïnes (par exemple, la cétabétaïne, la bétaïne aminohydroxysulfonée de noix de coco, etc.) et certains savons peuvent également servir d'épaississants. Les savons sont utilisés pour épaissir les cosmétiques en stick, tandis que la bétaïne est principalement employée dans les systèmes tensioactifs aqueux.
Épaississant polymère :
♥ Épaississant inorganique
Les épaississants inorganiques sont des minéraux gélifiants capables d'absorber l'eau et de se dilater pour former un gel thixotrope. Parmi les principaux épaississants inorganiques, on trouve la bentonite, le silicate d'aluminium et de magnésium, la silice, le silicate de sodium et de magnésium, la silice hydratée, la montmorillonite, le silicate de lithium, de sodium et de magnésium, l'hydrotalcite, la montmorillonite stéarique ammoniacale, l'hydrotalcite stéarique ammoniacale, la montmorillonite à sel d'ammonium quaternaire 90, la montmorillonite à sel d'ammonium quaternaire 18 et l'eau à sel d'ammonium quaternaire 18.
♥ Épaississants cellulosiques
Les épaississants cellulosiques sont utilisés depuis longtemps et se déclinent en une grande variété de types, notamment la méthylcellulose, la carboxyméthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose et l'hydroxypropylméthylcellulose, largement employées dans divers domaines. Ces épaississants agissent par expansion d'hydratation de molécules à longue chaîne, présentant un comportement rhéologique pseudoplastique marqué.
♥ Épaississants à base d'acide polyacrylique
Les épaississants à base d'acide polyacrylique, classés comme épaississants anioniques, sont des épaississants synthétiques largement utilisés, notamment dans les applications d'impression et de teinture textile. Ces composés sont généralement synthétisés par polymérisation de trois monomères ou plus. Le monomère primaire est habituellement un acide carboxylique, tel que l'acide acrylique, l'acide maléique, l'anhydride maléique ou l'acide méthacrylique. Le monomère secondaire est généralement un dérivé d'acrylate ou de styrène. Le monomère tertiaire sert d'agent de réticulation ; il peut s'agir du N,N'-méthylènebisacrylamide, du diacrylate de butanediol ou du phtalate de dipropylène.
♥ Épaississants en polyuréthane
Le polyuréthane, ou polyuréthane, est un composé macromoléculaire contenant le motif -NHCOO- dans sa structure moléculaire. Il peut être synthétisé par la réaction d'un diisocyanate et de polyéthylène glycol en présence d'un agent de coiffage. Les épaississants polyuréthanes, épaississants associatifs récemment développés, sont des polyuréthanes hydrosolubles de faible masse moléculaire. Leur structure moléculaire comprend des segments hydrophiles et hydrophobes, leur conférant une certaine activité de surface.
♥ Épaississant en caoutchouc naturel
Acide alginique et ses sels (ammonium, calcium, potassium), pectine, hyaluronate de sodium, gomme de guar, gomme de guar cationique, gomme de guar hydroxypropylée, gomme adragante, gomme de laminaria et ses sels (calcium, sodium), gomme de Hanseng, gomme de sclérote, etc. 5. Polymères inorganiques et leurs formes modifiées.
♥ Épaississants en polyoxyéthylène
Les produits dont la masse moléculaire relative est supérieure à 2,5 × 10⁴ sont généralement appelés polyoxyéthylène (POE), tandis que ceux dont la masse moléculaire relative est inférieure à 2,5 × 10⁴ sont appelés polyéthylène glycol (PEG). Le mécanisme d'épaississement est principalement lié aux chaînes polymères. Leurs solutions aqueuses subissent une oxydation et une dégradation spontanées sous l'effet des rayons ultraviolets, des acides forts et des ions de métaux de transition (notamment Fe³⁺, Cr³⁺ et Ni²⁺), ce qui entraîne une diminution de la viscosité.
♥ Autres épaississants
Le polymère réticulé PVM/MA décadiène (un polymère réticulé de polyvinyl méthyl éther/acrylate de méthyle et de décadiène) est un nouveau groupe d'épaississants, qui peuvent être formulés en gel de prise transparent, en adhésif en spray et en latex, et peuvent être utilisés pour épaissir une solution d'alcool, du glycérol et d'autres systèmes non aqueux.
De nombreux épaississants sont disponibles sur le marché. Comment choisir l'épaississant le plus adapté à une formulation spécifique ? Il est essentiel de bien comprendre les exigences et les besoins de votre système de formulation. Les critères à prendre en compte incluent le pH, la stabilité, l'irritation, les propriétés moussantes, le coût, la transparence, les propriétés rhéologiques, la couleur, la stabilité électrolytique et les exigences réglementaires. En général, pour sélectionner efficacement les épaississants, il est nécessaire de se renseigner davantage sur leurs propriétés, de réaliser des essais et d'évaluer précisément leur compatibilité avec le système, ainsi que leur impact sur les différentes phases de la formulation.