Surfaktan dalam industri kosmetik dan perawatan tubuh

Oleh: Heru Setyawan

Artikel sebelumnya membahas mengenai komitmen industri kosmetik dan perawatan tubuh untuk beralih ke surfaktan berkelanjutan untuk produk mereka. Kata kunci yang berkaitan dengan surfaktan berkelanjutan adalah bahan biomassa. Sebenarnya apa yang dimaksud dengan surfaktan dan apa fungsinya dalam industri kosmetik dan perawatan tubuh sehingga dikatakan bahwa kalau industri ini ingin menuju ke arah produk yang ramah lingkungan, surfaktanlah yang menjadi pusat usaha mereka. Dalam artikel ini akan dibahas secara singkat tentang surfaktan, jenis yang banyak dipakai di industri kosmetik dan fungsinya.

Surfaktan adalah produk industri kimia yang paling serba guna, yang ada dalam berbagai macam produk seperti minyak pelumas yang dipakai dalam mobil, obat yang diminum ketika sakit, detergen yang dipakai untuk mencuci dan membersihkan rumah, lumpur pengeboran yang dipakai untuk mengambil minyak bumi, dan agen pengapung yang dipakai dalam pemurnian biji mineral. Surfaktan (surfactant, singkatan dari surface active agent) adalah senyawa, yang ketika ada dalam konsentrasi rendah dalam sebuah sistem, memiliki sifat menjerap ke permukaan atau antarmuka sistem dan mengubah secara signifikan energi bebas permukaan atau antarmuka dari permukaan (antarmuka) tersebut. Istilah antarmuka (interface) menunjukkan batas antara dua fase yang tidak saling larut; istilah permukaan (surface) menandakan antarmuka dimana salah satu fase adalah gas, biasanya udara.

Surfaktan mempunyai struktur molekul yang terdiri dari gugus struktural yang mempunyai gaya tarik sangat kecil terhadap pelarut, yang dikenal sebagai gugus lyofobik, bersama-sama dengan gugus yang mempunyai gaya tarik kuat terhadap pelarut, yang disebut gugus lyofilik. Ini dikenal sebagai struktur amfipatik (amphipatic). Ketika sebuah molekul dengan struktur amfifatik dilarutkan dalam sebuah pelarut, gugus lyofobik mungkin membelokkan struktur pelarut, yang meningkatkan energi bebas sistem. Ketika itu terjadi, sistem menanggapi dalam suatu cara untuk meminimalkan kontak antara gugus lyofobik dan pelarut. Dalam hal surfaktan dilarutkan dalam media air, gugus lyofobik (hidrofobik) membelokkan struktur air (dengan memutus ikatan hidrogen antar molekul air dan dengan menyusun struktur air di dekat gugus hidrofobik). Sebagai akibat pembelokan ini, sebagian molekul surfaktan dipaksa keluar ke antarmuka sistem, dengan gugus hidrofobiknya diarahkan untuk meminimalkan kontak dengan molekul air. Permukaan air menjadi tertutup dengan lapisan tunggal molekul surfaktan dengan gugus hidrofobiknya diarahkan sebagian besar ke udara. Karena molekul udara pada dasarnya bersifat nonpolar, seperti halnya gugus hidrofobik, ini mengurang ketidakserupaan dua fase yang saling berkontak pada permukaan mengakibatkan penurunan tegangan permukaan air. Sebaliknya, keberadaan gugus lyofilik (hidrofilik) mencegah surfaktan didorong keluar seluruhnya dari pelarut sebagai fase terpisah, karena itu akan memerlukan dehidrasi dari gugus hidrofilik. Dengan demikian, struktur amfipatik surfaktan tidak hanya menyebabkan konsentrasi surfaktan pada permukaan dan penurunan tegangan permukaan air, tetapi juga arah molekul pada permukaan dengan gugus hidrofiliknya dalam fase air dan fase hidrofobiknya arahnya menjauhinya.

Gugus hidrofobik biasanya hidrokarbon lurus atau bercabang atau rantai fluorokarbon yang terdiri dari 8-18 atom karbon; gugus hidrofilik adalah gugus ion atau sangat polar. Tergantung pada gugus hidrofiliknya, surfaktan diklasifikasikan sebagai:

1. Anionik. Bagian aktif permukaan dari molekul membawa muatan negatif, mis.: RCOO^–Na⁺ (sabun), RC₆H₄SO₃^–Na⁺ (alkilbenzena sulfonat).
2. Kationik. Bagian aktif permukaan membawa muatan positif, mis.: RNH₃⁺Cl^– (garam dari amina rantai panjang), RN(CH₃)₃⁺Cl^– (kuaternari amonium khlorida).
3. Zwitterionik atau amfoterik. Keduanya muatan positif dan negatif bisa ada dalam bagian aktif permukaan, mis.: RN⁺H₂CH₂COO^– (asam amino rantai panjang), RN⁺(CH₃)₂CH₂CH₂SO₃^– (sulfobetaine).
4. Nonionik. Bagian aktif permukaan tidak membawa muatan ion, mis.: RCOOCH₂CHOHCH₂OH (monogliserida dari asam lemak rantai panjang), RC₆H₄(OC₂H₄)_xOH (polyoxyethylenated alkylphenol), R(OC₂H₄)_xOH (polyoxyethylenated alcohol).

Surfaktan sintetik dan sabun asam lemak alami adalah bahan amfifilik yang cenderung menunjukkan kelarutan dalam air maupun afinitas untuk pelarut non-air. Sebagai basis untuk memahami hubungan antara struktur surfaktan dan aktivitas permukaan, penjelasan melalui contoh sederhana bagaimana perubahan polaritas (dengan kata lain, gugus kepala) untuk rantai hidrokarbon tertentu memengaruhi kelarutannya dan aktivitas permukaannya mungkin akan sangat berguna. Sebagai gambaran, pandang dodekan hidrokarbon rantai lurus sederhana,

CH₃(CH₂)₁₀CH₃

sebuah bahan yang, untuk tujuan praktis, dtidak larut dalam air.

Jika hidrogen terminal pada dodekan ditukar dengan gugus hidroksil (-OH), bahan baru, n-dodekanol,

CH₃(CH₂)₁₀CH₂OH

masih memiliki kelarutan dalam air yang sangat rendah, tetapi kecenderungan terhadap kelarutan telah ditingkatkan cukup banyak dan bahan mulai menunjukkan karakteristik aktivitas permukaan. Jika fungsionalitas alkohol diganti secara internal pada rantai dodekan, seperti dalam 3-dodekanol,

CH₃(CH₂)₈CH(OH)CH₂CH₃

bahan yang dihasilkan akan mirip dengan alkohol primer tetapi akan memiliki karakteristik kelarutan yang sedikit berbeda (sedikit lebih larut dalam air).

Jika dodekanol asli doksidasi menjadi asam dodekanoik (asam laurat)

CH₃(CH₂)₁₀COOH

senyawa masih memiliki kelarutan terbatas dalam air; akan tetapi, ketika asam dinetralkan dengan alkali ia menjadi larut dalam air – sabun klasik. Alkali karboksilat akan menjadi surfaktan yang baik.

Surfaktan diperlukan dalam berbagai jenis kosmetik. Tabel 1 menyajikan jenis surfaktan berdasarkan pada pemakaiannya untuk kosmetik. Kontak yang lama dengan surfaktan anionik dapat menyebabkan pembengkakan kulit. Meskipun ini gejala sementara, kulit dalam keadaan bengkak mengizinkan masuknya senyawa dari luar yang dipakai. Surfaktan nonionik sebagai kelompok umumnya dipercaya lembut di kulit. Nonionik yang lebih hidrofobik dapat meningkatkan laluan transdermal. Surfaktan amfoterik sebagai kelompok menunjukkan profil keamanan yang lebih baik. Akhirnya, surfaktan kationik umumnya dinilai lebih mengiritasi daripada anionik, tetapi bukti untuk kesimpulan umum tidak mencukupi.

Glosary

Hydrotropes. Senyawa yang melarutkan senyawa hidrofobik dalam larutan air selain pelarutan micellar.

Pustaka

1. Kirk-Othmer, Chemical Technology of Cosmetics, John Wiley & Sons, 2013.
2. M. J. RosenSurfactants and Interfacial Phenomena, John Wiley & Sons, 2004.
3. T. F. Tadros, An Introduction to Surfactants, De Gruyterm 2014.