Die Eigenschaften von Alkylpolyglucosiden

Ähnlich wie Polyoxyethylenalkylether,Alkylpolyglycosidesind üblicherweise technische Tenside. Sie werden über verschiedene Methoden der Fischer-Synthese hergestellt und bestehen aus einer Verteilung von Spezies mit unterschiedlichem Glykosidierungsgrad, die durch einen mittleren n-Wert angegeben wird. Dieser ist definiert als das Verhältnis der gesamten Molmenge an Glucose zur Molmenge an Fettalkohol im Alkylpolyglucosid, wobei bei Verwendung von Fettalkoholmischungen das durchschnittliche Molekulargewicht berücksichtigt wird. Wie bereits erwähnt, haben die meisten anwendungsrelevanten Alkylpolyglucoside einen mittleren n-Wert von 1,1–1,7. Sie enthalten daher Alkylmonoglucoside und Alkyldiglucoside als Hauptkomponenten sowie geringere Mengen an Alkyltriglucosiden, Alkyltetraglucosiden usw. bis hin zu Alkyloctaglucosiden. Neben den Oligomeren sind stets geringe Mengen (typischerweise 1–2 %) der bei der Polyglucosesynthese verwendeten Fettalkohole und Salze, hauptsächlich aufgrund der Katalyse (1,5–2,5 %), vorhanden. Die Angaben beziehen sich auf die aktive Substanz. Während Polyoxyethylenalkylether oder viele andere Ethoxylate eindeutig über eine Molekulargewichtsverteilung definiert werden können, ist eine analoge Beschreibung für Alkylpolyglucoside keineswegs ausreichend, da unterschiedliche Isomerie zu einer deutlich komplexeren Produktpalette führt. Die Unterschiede der beiden Tensidklassen führen zu recht unterschiedlichen Eigenschaften, die auf die starke Wechselwirkung der Kopfgruppen mit Wasser und teilweise auch untereinander zurückzuführen sind.

Die Ethoxylatgruppe des Polyoxyethylenalkylethers interagiert stark mit Wasser und bildet Wasserstoffbrücken zwischen dem Ethylen-Sauerstoff und den Wassermolekülen. Dadurch bilden sich micellare Hydrathüllen, in denen die Strukturierung des Wassers stärker ist (niedrigere Entropie und Enthalpie) als in reinem Wasser. Die Hydratstruktur ist hochdynamisch. Normalerweise sind jeder EO-Gruppe zwei bis drei Wassermoleküle zugeordnet.

Betrachtet man Glucosylkopfgruppen mit drei OH-Funktionen bei einem Monoglucosid bzw. sieben bei einem Diglucosid, so ist zu erwarten, dass sich das Verhalten von Alkylglucosiden stark von dem der Polyoxyethylenalkylether unterscheidet. Neben der starken Wechselwirkung mit Wasser wirken auch Kräfte zwischen den Tensidkopfgruppen in den Mizellen sowie in anderen Phasen. Während vergleichbare Polyoxyethylenalkylether allein Flüssigkeiten oder niedrigschmelzende Feststoffe sind, sind Alkylpolyglucoside aufgrund intermolekularer Wasserstoffbrücken zwischen benachbarten Glucosylgruppen höherschmelzende Feststoffe. Sie weisen ausgeprägte thermotrope flüssigkristalline Eigenschaften auf, wie weiter unten erläutert wird. Intermolekulare Wasserstoffbrücken zwischen den Kopfgruppen sind auch für ihre vergleichsweise geringe Wasserlöslichkeit verantwortlich.

Wie bei Glucose selbst beruht die Wechselwirkung der Glucosylgruppe mit den umgebenden Wassermolekülen auf umfangreichen Wasserstoffbrücken. Bei Glucose ist die Konzentration tetraedrisch angeordneter Wassermoleküle höher als in reinem Wasser. Daher können Glucose und wahrscheinlich auch Alkylglucoside als „Strukturbildner“ klassifiziert werden, ein Verhalten, das dem der Ethoxylate qualitativ ähnelt.

Im Vergleich zum Verhalten der Ethoxylat-Mizelle ist die effektive Grenzflächendielektrizitätskonstante des Alkylglucosids viel höher und ähnelt stärker der von Wasser als der des Ethoxylats. Daher ist der Bereich um die Kopfgruppen der Alkylglucosid-Mizelle wasserähnlich.