DETERGENTE LÍQUIDO Y EN POLVO
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GENERALIDADES
detergentes líquidos
Se hace referencia a los diferentes tipos de detergentes en polvo que existen, tales como los detergentes líquidos de carga liviana y pesada, detergentes líquidos para lavavajillas automáticos, shampoos y acondicionadores, jabón para manos líquido y gel de baño, suavizantes de telas y limpiadores líquidos especiales para el hogar.
Se verá una introducción en la formulación del detergente, el procesamiento, la conversión a polvos compactos, los impactos en los procesos de compactación.
detergentes en polvo
MATERIAS PRIMAS Y FUNCIONAMIENTO
A continuación, se realizará una explicación detallada de las sustancias que componen cada uno de los grupos de materias primas necesarias para producir un detergente, la información complementaria como definiciones y usos, la encontrarás en el siguiente video.
TENSOACTIVOS O SURFACTANTES
A este grupo pertenecen los tensoactivos aniónicos, no iónicos, catiónicos, anfóteros y poliméricos
Tensoactivos aniónicos
Son compuestos que poseen uno o varios grupos funcionales que se ionizan en solución acuosa, originando aniones orgánicos, responsables de la actividad superficial, y cationes,en general metales alcalinos o grupos amino cuaternarios. A este tipo pertenecen los tensoactivos de detergentes sintéticos como los alquil benceno sulfonados (entre ellos las sales del ácido dodecilbenceno sulfónico), los jabones, los agentes espumantes como el lauril sulfato, los humectantes del tipo sulfosuccinato, los dispersantes del tipo lignosulfonatos, etc.
Los tensoactivo aniónicos están divididos en dos grandes grupos, los sulfatos y los sulfonatos, a continuación se muestran las moléculas representativas de estos dos tipos de moléculas y una descripción de las moléculas más usadas dentro de laca uno de los grupos:
Sulfatados:
Los surfactantes sulfatados son excelentes agentes espumantes, humectantes y detergentes y hoy forman parte del gran número de productos de uso doméstico e industrial.
Hacen parte de este grupo los alquil sulfatos, los cuales, después de los jabones, son los surfactantes más antiguos, debido a que fueron introducidos al mercado poco después de la primera guerra mundial. Estos son los tensoactivos más corrientes, particularmente el dodecil (o lauril) sulfato de sodio o de etanol amina, el cual es el agente espumante utilizado en champú, la pasta dental y en ciertos detergentes. Se preparan neutralizando el ácido alcohol éster sulfúrico con un álcali apropiado. La hidrofobicidad puede ajustarse modificando la cadena lipofílica y cambiando el catión.
A esta categoría también pertenecen los alquil éter sulfatos, los cuales difieren de los anteriores en el proceso de obtención, ya que estos se sulfatan después de la condensación de 2 a 4 moléculas de óxido de etileno sobre el alcohol. De esta manera, se obtiene un surfactante en el que la parte hidrofílica contiene un grupo aniónico y un grupo noiónico, llamado alquil éter sulfato. Gracias a su carácter parcialmente noiónico, son usados como agentes dispersantes de jabones de calcio o para trabajo con aguadura.
Un tercer tipo de molécula perteneciente a esta clasificación, son las alcanolamidas sulfatas, la cuales se obtienen por la sulfatación de una alcalonamida, en particular las conocidas cocoamidas, C12-C14, provenientes del aceite de coco. Este tipo de surfactante tiene un grupo hidrofílico voluminoso, además se caracterizan por que no irritan la piel. Son ampliamente usadas como dispersantes de jabones de calcio y como estabilizantes de espumas.
Por último en este grupo, se encuentran los sulfatos de diglicéridos, los cuales se obtienen por la hidrólisis de un triglicérido, del cual se obtiene un ácido graso, que a su vez es transformado en un alcohol; el cual, finalmente se sulfata y neutraliza por medio de la utilización de una base.
Sulfonados:
Representan alrededor del 10% de la producción total de sulfonatos y sulfatos y se utilizan en numerosos productos industriales como agentes emulsionantes, dispersantes, detergentes y colectores de flotación. A este grupo pertenecen 4 tipos de productos, de los cuales se hablará a continuación:
Los alquil benceno sulfonatos lineales o LAS, son surfactantes ampliamente usados domésticamente, por ejemplo, el porfentaje de LAS en detergentes en polvo para maquinaria es de cerca del 15%, en detergente lavaplatos del 25% y en detergentes líquidos para ropa fina del 15%. De esta manera, los LAS, representan alrededor del 50% del total.
Los sulfonatos de alfa-olefinas, son más usadas que las LAS cuando de trabajo con aguas duras se trata, sin embargo no son tan buenos detergentes. Se usan también como aditivos, particularmente en formulaciones con bajo contenido de fosfatos: C12-C14 en líquidos, C14-C18 en polvos.
Los lignosulfonatos, son usados ampliamente como agentes dispersantes y emulsionantes en los lodos de perforación petroleros. Sus sales de calcio son insolubles en el agua y se utilizan como dispersantes en el medio orgánico. Las sales alcalinas (sodio, amonio, potasio) son agentes secuestrantes de metales pesados, y aglutinantes de proteínas en alimentos granulados.
Por último, los compuestos sulocarbovílicos, se caracterizan por ser los mejores agentes humectantes onocidos en la actualidad que se conocen, además de poseer buenas propiedades espumantes, dispersantes y emulsionantes. Son usados en la polimerización en emulsión, la dispersión en pigmentos, emulsiones de látex, champú, cosméticos, etc. A pesar de estas propiedades, su uso está limitado por el precio, el cual es más elevado que el de la mayoría de tensoactivos aniónicos
Tensoactivos noaniónicos
Ocupan el segundo lugar en importancia luego de los tensoactivos aniónicos. Como su nombre denota, no se ionizan en solución acuosa, debido a que poseen un grupo hidrófilo del tipo alcohol, fenol, éter o amida y un grupo hidrófobo, que general es un radical alquilo o alquil benceno, aunque también puede tratarse de una estructura de origen natural como un ácido graso, necesaria cuando se requiere una baja toxicidad. Dentro de este tipo de tensoactivos, se encuentras los siguientes dos grupos:
Alcoholes y alquilfenoles etoxilados
De preferencia se busca obtener moléculas cadena lineal, los cuales pueden provenir de diferentes fuentes y sinterizarse por diferentes rutas, esto, debido a que al agregar ramilicaciones disminuye la biodegradabilidad de las sustancias.
En el caso de los alquil-fenoles etoxilados, se ha encontrado que al colocar menos de 5 grupos etoxilados, se obtiene agentes antiespumantes y detergentes o dispersantes liposolubles; al agregar entre 12 y 20 grupos etoxilados, se obtendrán agentes humectantes y emulsionantes; mientras que por encima de 20 grupos se tienen detergentes que soportan altas temperaturas y alta salinidad. La mayor proporción de los alquil fenoles etoxilados producidos va a los detergentes líquidos de uso doméstico e industrial, la cantidad restante es usada en detergentes para limpieza de metales, detergentes para la industria láctea, emulsiones agrícolas, polimerización de estireno, etc.
Surfactantes noiónicos nitrogenados
Dentro de este grupo, se encuentran los productos corrientes de tipo amina etoxilada, los cuales, contienen una amina grasa o una amina derivada del ácido abiético, las cuales pueden aceptar una o dos cadenas polióxido de etileno. Estas sustancias, se comportan como buenos agentes anticorrosivos y buenos emulsionantes, más hidrosolubles que los catiónicos ordinarios. Por otro lado, los imidazoles, alquil diaminas cíclicas, se etoxilan para dar buenos agentes suavizantes para el lavado de la ropa. Este tipo de tensoactivos, poseen también propiedades anticorrosivas.
Tensoactivos catiónicos
En solución acuosa, se disocian en un catión orgánico anfífilo y un anión (comunmente Cl-, Br-, OH- o SO42-), comúnmente del tipo halogenuro. En su mayoría, son compuestos nitrogenados del tipo sal de amina grasa o de amonio cuaternario. Su alto costo hace que sean los tensoactivos menos usados en la industria de productos para el aseo del hogar, pero son ampliamente usados en los detergentes para uso en instituciones del área de la salud. Dentro de este tipo de surfactante se encuentran las alquilaminas alquilaminos lineales. Para poder hablar de este tipo de sustancias, es necesario enfatizar en que, el proceso de obtención de una amina o un alquil amonio cuaternario es muy complejo y selectivo; es por esta razón que los surfactantes catiónicos son generalmente más caros que los aniónicos e incluso los noiónicos. Debido a esto, ellos no serán utilizados comercialmente salvo en los casos donde no se pueden sustituir por aniónicos o noiónicos. Una de sus principales aplicaciones es como antiestático en los productos suavizantes y desenredantes para telas y cabellos. Otras de sus aplicaciones son: en la industria textil como retardadores de adsorción de los colorantes a fin de obtener una coloración más uniforme, también como inhibidores de corrosión, particularmente en medio ácido, donde ellos están en competencia con los protones, como colectores de flotación de minerales, emulsionantes-dispersantes de emulsiones asfálticas y en pinturas. Otros surfactantes catiónicos, son las diaminas lineales o los heterociclos aromáticos, los cuales son excelentes agentes suavizantes y pueden usarse mezclados con detergentes aniónicos.
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El producto resultante de la combinación dentro de una misma molécula del carácter aniónico y catiónico es un surfactante anfótero, es el caso de los aminoácidos, las betaínas o los fosfolípidos; dentro de sus propiedades es que algunos de ellos son insensibles al pH, otros son de tipo catiónico a pH ácido y de tipo aniónico a pH básico. Sin embargo, cabe resaltar que los anfóteros son tan costosos como los catiónicos y por esta razón su mercado no es muy diverso.
Por último, hace cerca de treinta años surgieron los surfactantes poliméricos; los cuales son producidos por medio de la asociación de estructuras polimerizadas de tipo hidrofílico o lipofílico, en forma de bloques o de injertos. Uno de los campos donde este tipo de surfactante es indispensable es en procesos donde están involucrados macromoléculas naturales como en la deshidratación de petróleo.
AGENTES SECUESTRADORES MEJORADORES O BUILDERS
Existen dos tipos de agentes mejoradores: los inorgánicos y los orgánicos. Los más utilizados en la actualidad son los agentes mejoradores inorgánicos solubles, principalmente fosfatos, y en menor grado silicatos y carbonatos de sodio, o insolubles como las zeolitas (alumino-silicatos naturales o sintéticos). Estos son algunos de A continuación se mencionan algunos de los agentes mejoradores inorgánicos usados en la actualidad:
- Sodio tri(poli)fosfato Na5P3O10 (STP)
- Sodio pirofosfato Na4P2O7
- Sodio silicato x Na2O – y SiO2
- Sodio carbonato Na2CO3
- Sodio aluminosilicato SASIL ; Zeolita A Na2O – Al3O3 – 2 SiO2 – x H2O
Es importante aclarar que la utilización extensiva de fosfatos en formulaciones detergentes es el causal de la contaminación de los caminos de agua, denominada eutrofización. Debido a esto, se trabaja en hallar un sustituto económico a los fosfatos. Sin embargo, ni los silicatos ni los carbonatos han dado resultados comparables. La tendencia actual es utilizar mezclas STP/SASIL en exceso sobre la dureza del agua, lo que permite una acción secuestrante incluso durante el enjuague.
Dentro de los agentes mejoradores orgánicos se encuentra el etileno-diaminatetracetato (EDTA), sin embargo, su aplicación industrial es en bajas cantidades ya que es una sustancia muy costosa.
AGENTES ESPUMANTES Y NO ESPUMANTES
También se tienen los agentes dispersantes de jabones de calcio (LSDA), los cuales son sales alcalinas de ácidos grasos, es decir jabones, cuyo papel es reducir la espuma del detergente líquido o en polvo. Entre los agentes dispersantes de jabones de calcio se encuentran los alfa-sulfo-esteres de ácidos grasos, los cuales tienen bajo costo y una eficiencia moderada. Otros compuestos del mismo tipo son los alquilgliceril ester sulfonatos (AGES): R-CH(SO3Na)-COO-CH3 con R = C16-18
Los agentes espumantes más utilizados son el lauril sulfato (aniónico), y los surfactantes noiónicos nitrogenados como óxido de aminas, alcanol amidas, aminas y amidas etoxiladas: También se usan compuestos complejos como alcanolamidas o monoglicéridos sulfatados.
En los detergentes de baja espuma se usan principalmente jabones, pero también sulfonatos de parafinas, copolímeros bloques de óxido de etileno y óxido de propileno, polietoxi esteres de ácidos grasos, glicoles acetilénicos etoxilados y esteres de etilenglicol o de glicerol.
La gran mayoría de los agentes dispersantes de jabones de calcio con buena eficiencia son surfactantes anfóteros con un grupo amina o amida grasa. Las betainas, en las cuales el grupo aniónico es un carboxilaco, son menos efectivas que las taurinas (grupo SO3 - ) o los compuestos polietoxilados. Se obtiene excepcionales propiedades dispersantes cuando se introduce un grupo amidoamina en un surfactante anfótero, es el caso de la alquil amido taurina o la polietoxi amido taurina.
AGENTES BLANQUEADORES
Por lo general los blanqueadores cumplen las siguientes 4 propiedades:
1) Un aumento de temperatura aumenta la velocidad de descomposición
2) Ciertos metales pesados a nivel de traza catalizan la descomposición
3) La actividad blanqueadora aumenta con la concentración pero no linealmente
4) El pH tiene un efecto importante; un pH ácido acelera la descomposición del hipoclorito, mientras que se requiere un pH alcalino para acelerar la descomposición de las sales inorgánicas peroxigenadas.
Existen algunas sales inorgánicas peroxigenadas que se utilizan como blanqueadores son las siguientes, principalmente la primera.
-Perborato de sodio tetrahidrato Na BO3 - 4 H2O
-Carbonato de sodio peroxihidrato 2 Na2CO3 - 3 H2O2
-Peroximonosulfato de potasio KHSO5
Trabajan a pH alcalino; para lavado en frio se puede acelerar su descomposición con la adición de peróxidos orgánicos como el ácido peracético o perácidos más largos. El perborato y semejantes exhiben una acción blanqueadora menos agresiva que el hipoclorito, y son sólidos compatibles con la gran mayoría de los componentes de los detergentes en polvo.
MEJORADORES ÓPTICOS FLUORESCENTES
Ciertos colorantes orgánicos poliaromáticos pueden absorber la luz ultravioleta y reemitir una luz visible azulada mediante el proceso conocido como fluorescencia. A la luz del sol, añaden un tono azulado que compensa el tono amarillento del textil y mejora la blancura o la profundidad de los colores. Son los granitos azules de ciertos polvos de lavar.
ENZIMAS
Los surfactantes con actividad biológica contienen enzimas tales como la esperasa, savinasa o alcalasa. Estas enzimas son proteasas capaces de degradar rápidamente manchas de proteinas en un medio de pH alcalino y a temperatura de hasta 60°C. Su actividad permite la utilización de un medio detergente en frio, particularmente en detergentes líquido, para remojado a temperatura ambiente.
PERFUMES
En detergentes de uso doméstico, particularmente para lavaplatos y desinfectantes, se incorporan perfumes, la mayoría de los cuales son terpenos, es decir sustancias cuyo esqueleto está compuesto de con 2, 3 ó más unidades del isopreno (2 metil-butadieno).
La esencia de citronela y la esencia de eucalipto
contienen también varios terpenos odoríferos.
Los más utilizados son los:
• Hidroxicitronelal (olor de lirio)
• Geraniol (olor de geranio)
• Citronelal (olor de limón)
• Citronelol (olor de rosa) • Linalol (olor de lavanda)
• Mentol (olor de menta fuerte)
Desde hace unos cuarenta años se encontraron métodos de síntesis a partir de materias primas petroleras tales como etileno, isobutileno e isopreno. Las vías sintéticas son en general menos costosas que las purificaciones y conversiones de los productos naturales, aunque produzcan sustancias más puras, lo que en el campo de los perfumes puede ser un inconveniente al resultar en fragancias que carecen de la sutileza de las naturales. Hoy en día los productos sintéticos han desplazado los productos naturales del mercado de gran consumo (detergentes y jabones ordinarios).
