Los Tensioactivos . Química Orgánica

¿Que son los tensioactivos?

Los tensioactivos llamados también surfactantes o agentes de superficie activa, son especies químicas con una naturaleza o estructura polar-no polar, con tendencia a localizarse en la interfase formando una capa monomolecular adsorbida en la interfase que cambia el valor de la tensión superficial.
Los tensioactivos son usados para una variedad de propósitos , pero principalmente en detergentes comerciales y productos de limpieza de uso doméstico.Debido a su extenso uso, los tensioactivos son constituyentes en efluentes municipales y en los correspondientes medio ambientes marinos y de agua dulce que los reciben. Por ejemplo, aproximadamente entre el 11% y el 20% del contenido orgánico soluble en efluentes municipañes tratados fue atribuido a tensioactivos aniónicos.
El alquilbenceno lineal sulfonato ( LAS) es el tensioactivo aniónico maás usado. Aunque el LAS es un compuesto biodegradable , cantidades consideradas de LAS han sido encontradaos en rios.Los estudios sobre su comportamiento en este medio son muy numerosos, sin embargo el LAS en el medio ambiente marino ha sido objeto de pocos estudios.Los estuarios son considerados como una barrera eficiente frente a la salida de LAS al mar abierto.El LAS se encuentra distribuido extensamente y presenta concentraciones en sediment varios órdenes de magnitud superiores a las encontradas en la columna de agua. Este comportamiento permite utilizar al LAS para predecir el camino y el comportamiento final de polucionantes procedentes de aguas residuales domésticas.

¿Como actúan los tensioactivos?

Las soluciones de tensioactivos resultan ser activas al colocarse en forma de capa monomolecular adsorbida en la superficie entre las fases hidrofílicas e hidrofóbicas. Esta ubicación "impide" el tráfico de moléculas que van de la superficie al interior de líquido en busca de un estado de menor energía, disminuyendo así el fenómeno de tensión superficial.

Propiedades de los tensioactivos

Las propiedades generales y comportamiento de los agentes tensioactivos se deben al carácter dual de sus moléculas (grupo hidrófilo y lipófilo); es así como el antagonismo entre estas dos secciones de su molécula y el equilibrio entre ellas es la que da al compuesto sus propiedades activas de superficie.

Comportamiento químico

El grupo hidrófilo ejerce un efecto solubilizante y tiende a llevar a la molécula a disolución completa. El grupo hidrófobo, en cambio, es debido a su insolubilidad tiende a contrarrestar la tendencia del otro. Sí se logra el equilibrio adecuado entre los dos grupos se ve que la sustancia no se disuelve por completo, ni queda sin disolver del todo, concentrándose en la interfase con sus moléculas orientadas de tal forma que los grupos hidrófilos se orientan hacia la fase acuosa, mientras que los hidrófobos hacia la no acuosa o a la fase vapor.

Clasificación de tensioactivos

La clasificación se fundamenta en el poder de disociación del tensioactivo en presencia de un electrolito y de sus propiedades fisicoquímicas.
Existen dos categorías principales:

IONICOS:

Según la carga que posea la parte que presenta la actividad de superficie serán:

- aniónicos
- catiónicos
- anfóteros

Los iónicos, tienen fuerte afinidad por el agua, motivada por su atracción electrostática hacia los dipolos del agua puede arrastrar consigo a las soluciones de cadenas de hidrocarburos, por ejemplo el ácido pálmico, prácticamente no ionizable es insoluble, mientras que el palmitato sódico es soluble completamente ionizado.

Dentro de los que se ionizan en agua, se encuentran:

- Los tensioactivos Aniónicos: En solución se ionizan, pero considerando el comportamiento de sus grupos en solución, el grupo hidrófobo queda cargado negativamente. Están constituidos por una cadena alquílica lineal o ramificada que va de 10 a 14 átomos de carbono, y en su extremo polar de la molécula se encuentra un anión. Representantes de este grupo son derivados del ión sulfato o de sulfonatos como es el dodecil sulfato de sodio o dodecil bencen sulfonato de sodio.

- Los Tensioactivos Catiónicos: Son aquellos que en solución forman iones, resultando cargado positivamente el grupo hidrófobo de la molécula. Como representante de este grupo se encuentra el Bromuro de Cetil Amonio; en general, son compuestos cuaternarios de amonio o una amina grasa en medio ácido.

- Los Tensioactivos Anfóteros ó anfotéricos: Como su nombre lo indica, actúan dependiendo del medio en que se encuentren, en medio básico son aniónicos y en medio ácido son catiónicos.

NO-IONICOS:
- Surfactantes o tensioactivos no-iónicos son aquellos que son ionizarse, se solubilizan mediante un efecto combinado de un cierto número de grupos solubilizantes débiles (hidrófilos) tales como enlace tipo éter ó grupos hidroxilos en su molécula. Como representantes están los alcoholes grasos o fenoles a los que se les agregan una o varias moléculas de óxido de etileno; ejemplo de ellos el nonil fenol etoxilado o el nonanol etoxilado.

Problemas de Vertidos de Detergentes y Tensioactivos . Química Orgánica

Dentro de los principales problemas podemos mencionar los siguientes:

Espuma: En las plantas de tratamiento de agua provoca problemas de operación, afecta la sedimentación primaria ya que engloba partículas haciendo que la sedimentación sea más lenta, dificulta la dilución de oxígeno atmosférico en agua y recubre las superficies de trabajo con sedimentos que contienen altas concentraciones de surfactantes, grasas, proteínas y lodos.

Toxicidad en la agricultura:Al utilizar aguas negras que contengan detergentes para irrigación, se pueden contaminar los suelos y por consiguiente, los cultivos. Así por ejemplo se ha observado que el abs inhibe en un 70% el crecimiento de las plantas como el girasol.

Toxicidad en la vida acuatica: No es posible dar un valor límite de toxicidad debido a que la sensibilidad de cada organismo varía con relación a la especie, tamaño, tipo de detergente y otros factores físicos del medio ambiente.

Eutrificacion: Constituye un proceso natural de envejecimiento, en el que el lago sobrealimentado acumula grandes cantidades de material vegetal en descomposición en su fondo. Esto tiende a llenar el lago y hacerlo menos profundo, más tibio y con gran acumulación de nutrientes. Las plantas se apoderan del lecho del lago conforme se va llenando y se convierte poco a poco en un pantano para transformarse por último en un prado o un bosque. Al ingresar grandes cantidades de detergentes, se acelera el proceso de eutrificación antes mencionado. Si hay un excesivo crecimiento de las plantas acuáticas, éstas tienden a cubrir la superficie del cuerpo de agua, impidiendo el libre intercambio de oxígeno y dióxido de carbono; al morir estas plantas, se descomponen en el lago consumiendo el oxígeno presente en éste, al cabo de un tiempo ya no hay oxígeno disponible y la descomposición tiene que hacerse de forma anaerobia, dando por consecuencia productos secundarios como metano, amoniaco, sulfuro de hidrógeno y otros compuestos que le confieren al cuerpo de agua un olor desagradable. Otro factor que se debe tomar en cuenta, es que los peces presentes en el cuerpo de agua también necesitan oxígeno disuelto en el agua para poder respirar y si éste se consumió con la degradación de las plantas muertas, entonces también los peces morirán

Desprecio de fósforos: Otra desventaja de usar grandes cantidades de fosfatos en los detergentes, es que el fósforo es uno de los elementos vitales necesarios para el crecimiento de cultivos alimenticios y que se utilizan profusamente en fertilizantes que contienen fósforo en forma de fosfato. Sin embargo, las fuentes de fosfatos son limitadas y a futuro se podrían reducir al grado en que se pudiera afectar la producción de alimentos. El uso de fosfatos en los detergentes, en forma desmedida, constituye un desperdicio de uno de los recursos más importantes en la naturaleza y una fuente de contaminación importante.

Efectos de encimas activas:Como se mencionó anteriormente, algunos detergentes contienen enzimas, las cuales atacan sustratos orgánicos específicos. El problema se presenta al usar exceso de estos detergentes, con lo cual se desechan enzimas activas al drenaje, las cuales al llegar a los cuerpos de agua provocarán daños en los seres vivos presentes en éstos, por acción directa sobre ellos o sobre los nutrientes que componen su dieta alimenticia.

Entre otros efectos secundarios producidos por los detergentes es que afectan procesos de tratamiento de las aguas residuales, por ejemplo: cambios en la demanda bioquímica de oxígeno y en los sólidos suspendidos, efectos corrosivos en algunas partes mecánicas de las plantas e interferencias en el proceso de cloración y en la determinación de oxígeno disuelto.

Surfactante Sintético . Química Orgánica

SURFACTANTE SINTÉTICOS

Los surfactantes se clasifican normalmente de acuerdo con la carga que lleva su grupo de cabeza en surfactantes aniónicos, por ejemplo, CH3(CH2)11OSO3-Na+, surfactantes no iónicos, por ejemplo, CH3(CH2)11(OCH2CH2)8OH y surfactantes catiónicos, por ejemplo, [CH3(CH2)17]N+(CH3)2Cl-.

1. Surfactivos aniónicos

Son los más importantes; en 1969 la producción mundial fue próxima a un millón de toneladas. Los materiales de mayor importancia industrial contienen cadenas de hidrocarburos saturados unidos directa o indirectamente a grupos sulfonato o sulfato, las mayores aplicaciones están en el lavado doméstico de ropa y en los productos de fregado de platos.

Alquilbencenosulfonatos de cadena ramificada (ABS), biológicamente duros:

Los primeros surfactantes aniónicos sintéticos que se explotaron comercialmente en gran escala se basaron en alquilbencenos. El dodecilbencenosulfonato sódico es un buen surfactivo con excelentes propiedades de formación de espuma y como se deriva de materias primas económicas y fácilmente disponibles, llenó aparentemente todos los requisitos técnicos y económicos de un surfactivo sintético. Como su sal cálcica es mucho más soluble que el jabón cálcico requiere un desendurecedor para ser efectivo cuando se utiliza para el lavado de ropa en agua dura. Introducidos después de la II Guerra Mundial reemplazan a los polvos para el lavado de ropa, basados en jabón al final de la década de 1950. Sin embargo, estos materiales son biológicamente duros, es decir, se degradan biológicamente con bastante lentitud debido al grupo alquilo altamente ramificado, basado en propileno tetrámero. Esto quiere decir que una proporción significativa de ABS sódico que va a los desagües domésticos sobrevive al tratamiento de aguas residuales y se descarga a los ríos y lagos. Con ello se originan espumas desagradables durante el tratamiento de aguas residuales y en los ríos. Estas espumas fueron no sólo indeseables desde el punto de vista estético, sino que interfirieron en el tratamiento de aguas residuales de forma severa y también inhibieron la captación normal del oxígeno de las aguas naturales. En consecuencia, estos surfactantes biológicamente duros tenían que ser eliminados en áreas densamente pobladas.

Alquilbencenosulfonatos de cadena lineal (LAS), biológicamente suaves:

Éstos se biodegradan mucho más rápidamente, es decir, son biológicamente "suaves". En el principio de la década de 1960 se desarrolló y comercializó un conjunto de rutas para los alquilbencenos de cadena recta; los materiales duros basados en propileno tetrámero han sido ya reemplazados por alquilbencenosulfonatos suaves en la mayoría de los principales mercados mundiales. Éstos de cadena recta son surfactantes sintéticos, económicos, eficientes y con mucho los de mayor éxito hasta la fecha.

Las propiedades de los alquilbencenosulfonatos sódicos de cadena recta dependen de la longitud de cadena del grupo alquilo y de la posición del anillo bencénico en la cadena alquílica. En particular, las propiedades de los 2-fenilalcanosulfonatos son significativamente diferentes de las de los isómeros con el anillo bencénico cerca del centro de la cadena, por ejemplo, estos últimos son mejores espumantes. La extensión de las isomerizaciones puede ser manipulada variando las condiciones de reacción. Los alquilbencenos con bajos contenidos en el 2-fenil-isómero son generalmente considerados mejores; un conjunto de empresas ha desarrollado sus métodos particulares para controlar las isomerizaciones, así como para minimizar el contenido en el 2-fenil-isómero.

Sulfonación:

Comercialmente los alquilbencenos se sulfonan con óleum o con trióxido de azufre gaseoso. Ambos reactivos dan rendimientos muy altos, predomi-nantemente de para-monosulfato.

La sulfonación con trióxido de azufre evita el exceso de ácido sulfúrico y se ha vuelto en la actualidad el método preferido. La reacción del SO3 con los alquilbencenos es extremadamente rápida y altamente exotérmica. Se produce un ácido sulfónico de alta calidad virtualmente libre de ácido sulfúrico. El ácido sulfónico se neutraliza normalmente con solución acuosa de NaOH.

Otros surfactantes aniónicos sintéticos:

a)Sulfonatos de olefinas: Al principio de la década de 1960 empezaron a aparecer cantidades comerciales de olefinas terminales de cadena larga de buena calidad. Dos rutas se usan para su fabricación: cracking de ceras parafínicas (origina olefinas económicas de buena calidad que contienen dienos e impurezas nafténicas) y telomerización de etileno con catalizadores de trietilaluminio (da olefinas de muy buena calidad, que resultan bastante más caras que los materiales de cracking de ceras). La mezcla compleja de sulfonatos producidos a partir de estas rutas, denominada sulfonato de -olefinas, es biodegradable con rapidez y es un excelente surfactivo.

b)Alquilsulfatos: Estos se encuentran entre los primeros surfactantes sintéticos empleados en productos detergentes y se prepararon originalmente sulfatando alcoholes de cadena larga producidos por hidrogenación de ésteres de ácidos grasos. Los alquilsulfonatos primarios son bastante más caros que los alquil-bencenosulfonatos. Los alquilétersulfatos son utilizados como líquido para fregado de platos. Los alquilsulfatos secundarios se utilizan industrialmente y en algunos productos detergentes líquidos domésticos.

Sulfonatos de alcanos:

Las parafinas lineales pueden convertirse en surfactantes de fórmula general RR´CHSO3Na por reacción con dióxido de azufre y oxígeno, se trata de una reacción de sulfoxidación. Los alcanosulfonatos secundarios son fácilmente biodegradables y efectúan bien un conjunto de aplicaciones de detergencia.

La adición de sulfito de hidrógeno y sodio a olefinas terminales origina alcanosulfatos sódicos primarios. Las sales sódicas de estos sulfonatos terminales son sólo poco solubles en agua, lo que limita su empleo; con todo puede utilizarse en conjunción con otros surfactantes.

2. Surfactantes no iónicos

Los surfactantes no iónicos están compuestos de un grupo de alquilo largo hidrófobo conectado a un grupo neutro altamente polar. El grupo polar debe ser suficientemente hidrófilo para llevar al grupo hidrófobo a solución acuosa. Ejemplo: n-dodecil- -glucósido. Otros están compuestos por una cadena de polioxietileno, una cadena larga de hidrocarburo y un grupo de enlace -O- o -COO-.

Los surfactantes iónicos son líquidos o sólidos céreos y sus propiedades difieren en algunos aspectos importantes de las de los surfactantes con carga. Se adsorben con mayor facilidad en las interfases y se agregan con mayor facilidad en micelas.
#

Los primeros surfactantes no iónicos de amplia utilización fueron los alquilfenoles etoxilados. Son biológicamente duros y están siendo ahora reemplazados por materiales biológicamente más blandos.
#

Alcoholes etoxilados: Los alcoholes primarios de cadena larga han sido empleados como materias primas para este tipo de surfactantes no iónicos.

Los alcoholes y alquilfenoles etoxilados son los surfactantes no iónicos más importantes. Se emplean en detergentes domésticos y en numerosas aplicaciones industriales, como procesos textiles, fabricación de papel, tratamientos de caucho y fabricación de pinturas de emulsión.
#

Ácidos grasos etoxilados: estos surfactantes no iónicos han sido empleados en una variedad de aplicaciones domésticas e industriales, aunque no han logrado la importancia de los alcoholes y alquilfenoles etoxilados.
#

Aminas etoxilados: se utilizan mayormente en aplicaciones en las que están protonados y funcionan como surfactantes catiónicos.

3. Surfactantes catiónicos

Están compuestos por un grupo alquilo hidrófobo unido a un grupo hidrófilo cargado positivamente. Todos los materiales de esta clase de importancia industrial están basados en compuestos de amonio cuaternario o en aminas.

Como las bases de cadena larga llevan una carga positiva y la mayoría de las superficies están cargadas negativamente en contacto con soluciones acuosas, estos surfactantes son sustantivos para un gran conjunto de materiales. Su adsorción tiende a anular las repulsiones eléctricas que ayudan a la detergencia y, por ello, los surfactantes catiónicos no pueden normalmente emplearse con fines de limpieza. Sin embargo, la sustantividad, que produce una película protectora superficial y en algunos casos su acción bacteriostática y bactericida, hace a los surfactantes catiónicos valiosos para un conjunto de aplicaciones especiales. Las más importantes son: ablandamiento de los tejidos, modificación de la superficie de minerales, flotación de minerales, emulsiones de asfalto, en la industria del petróleo como inhibidores de corrosión y como bacteriostatos/ bactericidas.

BIBLIOGRAFÍA

* "QUÍMICA ORGÁNICA. Un método mecanicista" Parte 5. Los productos industriales. Año 1979. JM TEDDER/ A. NECHVATAL/ A.H.JUBB.

* "QUÍMICA AMBIENTAL: Contaminación del aire y del agua" Año 1981.

H.STEPHEN STOKER/ SPENCER L. SEAGER.

* "LA POLUCIÓN DE LAS AGUAS MARINAS" Año 1981. G. BELLAN.

* "LOS RESIDUOS TÓXICOS Y PELIGROSOS" Año 1982. MOPU.

* "LA QUÍMICA Y LA PROTECCIÓN DEL MEDIO AMBIENTE" Año 1981. WOLFGANG LEITHE.

* "BIOLOGÍA DE LA CONTAMINACIÓN DE AGUA DULCE" Año 1984. C.F.MASON.

* "CHEMISTRY & ENGINEERING NEWS" Años 1997-1998. CENEAR.

* "QUÍMICA ORGÁNICA" Año 1997. Seyhan Ege.

SURFACTANTE SINTÉTICOS

Los surfactantes se clasifican normalmente de acuerdo con la carga que lleva su grupo de cabeza en surfactantes aniónicos, por ejemplo, CH3(CH2)11OSO3-Na+, surfactantes no iónicos, por ejemplo, CH3(CH2)11(OCH2CH2)8OH y surfactantes catiónicos, por ejemplo, [CH3(CH2)17]N+(CH3)2Cl-.

1. Surfactivos aniónicos

Son los más importantes; en 1969 la producción mundial fue próxima a un millón de toneladas. Los materiales de mayor importancia industrial contienen cadenas de hidrocarburos saturados unidos directa o indirectamente a grupos sulfonato o sulfato, las mayores aplicaciones están en el lavado doméstico de ropa y en los productos de fregado de platos.

Alquilbencenosulfonatos de cadena ramificada (ABS), biológicamente duros:

Los primeros surfactantes aniónicos sintéticos que se explotaron comercialmente en gran escala se basaron en alquilbencenos. El dodecilbencenosulfonato sódico es un buen surfactivo con excelentes propiedades de formación de espuma y como se deriva de materias primas económicas y fácilmente disponibles, llenó aparentemente todos los requisitos técnicos y económicos de un surfactivo sintético. Como su sal cálcica es mucho más soluble que el jabón cálcico requiere un desendurecedor para ser efectivo cuando se utiliza para el lavado de ropa en agua dura. Introducidos después de la II Guerra Mundial reemplazan a los polvos para el lavado de ropa, basados en jabón al final de la década de 1950. Sin embargo, estos materiales son biológicamente duros, es decir, se degradan biológicamente con bastante lentitud debido al grupo alquilo altamente ramificado, basado en propileno tetrámero. Esto quiere decir que una proporción significativa de ABS sódico que va a los desagües domésticos sobrevive al tratamiento de aguas residuales y se descarga a los ríos y lagos. Con ello se originan espumas desagradables durante el tratamiento de aguas residuales y en los ríos. Estas espumas fueron no sólo indeseables desde el punto de vista estético, sino que interfirieron en el tratamiento de aguas residuales de forma severa y también inhibieron la captación normal del oxígeno de las aguas naturales. En consecuencia, estos surfactantes biológicamente duros tenían que ser eliminados en áreas densamente pobladas.

Alquilbencenosulfonatos de cadena lineal (LAS), biológicamente suaves:

Éstos se biodegradan mucho más rápidamente, es decir, son biológicamente "suaves". En el principio de la década de 1960 se desarrolló y comercializó un conjunto de rutas para los alquilbencenos de cadena recta; los materiales duros basados en propileno tetrámero han sido ya reemplazados por alquilbencenosulfonatos suaves en la mayoría de los principales mercados mundiales. Éstos de cadena recta son surfactantes sintéticos, económicos, eficientes y con mucho los de mayor éxito hasta la fecha.

Las propiedades de los alquilbencenosulfonatos sódicos de cadena recta dependen de la longitud de cadena del grupo alquilo y de la posición del anillo bencénico en la cadena alquílica. En particular, las propiedades de los 2-fenilalcanosulfonatos son significativamente diferentes de las de los isómeros con el anillo bencénico cerca del centro de la cadena, por ejemplo, estos últimos son mejores espumantes. La extensión de las isomerizaciones puede ser manipulada variando las condiciones de reacción. Los alquilbencenos con bajos contenidos en el 2-fenil-isómero son generalmente considerados mejores; un conjunto de empresas ha desarrollado sus métodos particulares para controlar las isomerizaciones, así como para minimizar el contenido en el 2-fenil-isómero.

Sulfonación:

Comercialmente los alquilbencenos se sulfonan con óleum o con trióxido de azufre gaseoso. Ambos reactivos dan rendimientos muy altos, predomi-nantemente de para-monosulfato.

La sulfonación con trióxido de azufre evita el exceso de ácido sulfúrico y se ha vuelto en la actualidad el método preferido. La reacción del SO3 con los alquilbencenos es extremadamente rápida y altamente exotérmica. Se produce un ácido sulfónico de alta calidad virtualmente libre de ácido sulfúrico. El ácido sulfónico se neutraliza normalmente con solución acuosa de NaOH.

Otros surfactantes aniónicos sintéticos:

a)Sulfonatos de olefinas: Al principio de la década de 1960 empezaron a aparecer cantidades comerciales de olefinas terminales de cadena larga de buena calidad. Dos rutas se usan para su fabricación: cracking de ceras parafínicas (origina olefinas económicas de buena calidad que contienen dienos e impurezas nafténicas) y telomerización de etileno con catalizadores de trietilaluminio (da olefinas de muy buena calidad, que resultan bastante más caras que los materiales de cracking de ceras). La mezcla compleja de sulfonatos producidos a partir de estas rutas, denominada sulfonato de -olefinas, es biodegradable con rapidez y es un excelente surfactivo.

b)Alquilsulfatos: Estos se encuentran entre los primeros surfactantes sintéticos empleados en productos detergentes y se prepararon originalmente sulfatando alcoholes de cadena larga producidos por hidrogenación de ésteres de ácidos grasos. Los alquilsulfonatos primarios son bastante más caros que los alquil-bencenosulfonatos. Los alquilétersulfatos son utilizados como líquido para fregado de platos. Los alquilsulfatos secundarios se utilizan industrialmente y en algunos productos detergentes líquidos domésticos.

Sulfonatos de alcanos:

Las parafinas lineales pueden convertirse en surfactantes de fórmula general RR´CHSO3Na por reacción con dióxido de azufre y oxígeno, se trata de una reacción de sulfoxidación. Los alcanosulfonatos secundarios son fácilmente biodegradables y efectúan bien un conjunto de aplicaciones de detergencia.

La adición de sulfito de hidrógeno y sodio a olefinas terminales origina alcanosulfatos sódicos primarios. Las sales sódicas de estos sulfonatos terminales son sólo poco solubles en agua, lo que limita su empleo; con todo puede utilizarse en conjunción con otros surfactantes.

2. Surfactantes no iónicos

Los surfactantes no iónicos están compuestos de un grupo de alquilo largo hidrófobo conectado a un grupo neutro altamente polar. El grupo polar debe ser suficientemente hidrófilo para llevar al grupo hidrófobo a solución acuosa. Ejemplo: n-dodecil- -glucósido. Otros están compuestos por una cadena de polioxietileno, una cadena larga de hidrocarburo y un grupo de enlace -O- o -COO-.

Los surfactantes iónicos son líquidos o sólidos céreos y sus propiedades difieren en algunos aspectos importantes de las de los surfactantes con carga. Se adsorben con mayor facilidad en las interfases y se agregan con mayor facilidad en micelas.
#

Los primeros surfactantes no iónicos de amplia utilización fueron los alquilfenoles etoxilados. Son biológicamente duros y están siendo ahora reemplazados por materiales biológicamente más blandos.
#

Alcoholes etoxilados: Los alcoholes primarios de cadena larga han sido empleados como materias primas para este tipo de surfactantes no iónicos.

Los alcoholes y alquilfenoles etoxilados son los surfactantes no iónicos más importantes. Se emplean en detergentes domésticos y en numerosas aplicaciones industriales, como procesos textiles, fabricación de papel, tratamientos de caucho y fabricación de pinturas de emulsión.
#

Ácidos grasos etoxilados: estos surfactantes no iónicos han sido empleados en una variedad de aplicaciones domésticas e industriales, aunque no han logrado la importancia de los alcoholes y alquilfenoles etoxilados.
#

Aminas etoxilados: se utilizan mayormente en aplicaciones en las que están protonados y funcionan como surfactantes catiónicos.

3. Surfactantes catiónicos

Están compuestos por un grupo alquilo hidrófobo unido a un grupo hidrófilo cargado positivamente. Todos los materiales de esta clase de importancia industrial están basados en compuestos de amonio cuaternario o en aminas.

Como las bases de cadena larga llevan una carga positiva y la mayoría de las superficies están cargadas negativamente en contacto con soluciones acuosas, estos surfactantes son sustantivos para un gran conjunto de materiales. Su adsorción tiende a anular las repulsiones eléctricas que ayudan a la detergencia y, por ello, los surfactantes catiónicos no pueden normalmente emplearse con fines de limpieza. Sin embargo, la sustantividad, que produce una película protectora superficial y en algunos casos su acción bacteriostática y bactericida, hace a los surfactantes catiónicos valiosos para un conjunto de aplicaciones especiales. Las más importantes son: ablandamiento de los tejidos, modificación de la superficie de minerales, flotación de minerales, emulsiones de asfalto, en la industria del petróleo como inhibidores de corrosión y como bacteriostatos/ bactericidas.

Influencia del detergente sobre el balance energetico de los peces a través de un bioensayo crónico.

Mediante un bioensayo de tipo crónico se evaluó el efecto del detergente sobre las respuestas fisiológicas de los juveniles de carpa herbívora (C. idella) tales como ingestión del alimento, producción de heces, asimilación, excreción nitrogenada y consumo de oxígeno. Las tasas en cal/dia/g/L peso seco se integraron en la ecuación del balance energético y se calculó el campo de crecimiento. El detergente fue aplicado por 21 días a 30% en concentraciones subletales de 3, 5, 8 y 12 mg/L seleccionadas en un bioensayo preliminar de 96 h. Los resultados obtenidos señalan que aunque los peces asimilan mayor cantidad de alimentos al aumentar la concentración del detergente, la tasa de asimilación es 30% menor que la de los peces testigo. Con respecto al campo de crecimiento se observó una tendencia similar ya que el valor obtenido en la concentración más elevada de detergente es inferior al del grupo testigo (30%) aunque la
eficiencia de crecimiento sea ligeramente mayor ( 16%).

Fuente:http://www.atmosfera.unam.mx/editorial/contaminacion/acervo/vol_2_1/3.pdf

El detergente bactericida una amenaza para la vida

El jabón es un invento antiguo surgido de la preocupación de eliminar la suciedad y protegerse de los gérmenes y las bacterias mediante la espuma que dejaba la superficie de la piel suficientemente resbaladiza para que el agua del aclarado arrastrara a los microbios junto a la suciedad y las grasas de la piel. A partir de la Segunda Guerra Mundial aparecen jabones, geles de ducha y detergentes que eliminan los gérmenes con sustancias químicas añadidas que contienen surfactantes; estos aditivos aumentan la espuma y la solubilidad y tienen características antibacterianas y germicidas. Estudios recientes han descubierto y demostrado que el jabón bactericida no puede considerarse más eficaz ni combate mejor los gérmenes que otros jabones comunes. En realidad, muchas son sus desventajas, ya que contribuye a reducir el éxito de los efectos de las medicinas en enfermedades serias. Los detergentes bactericidas, de la misma forma que afectan a la salud de los humanos, perjudican el medio ambiente.

De producto natural a producto químico

La mayoría de los jabones eliminan la grasa y otras suciedades debido a que algunos de sus componentes son agentes tensoactivos, o sea una estructura que permite al jabón reducir la tensión superficial del agua (incrementando la humectación) y capturar y hacer solubles en agua sustancias que normalmente no lo son. El uso del jabón se pierde en la noche de los tiempos aunque inicialmente, por el testimonio del mundo egipcio y grecoromano era una mezcla de agua, aceite y ceras vegetales o animales. En el siglo VII y resultado de la transferencia cultural musulmana existía una potente industria en España e Italia. Se debe a la ciudad italiana de Savona la elaboración de un jabón con aceite de oliva. En el siglo XV aparece el jabón de Marsella, el precursor de los jabones actuales, preparado con una mezcla de huesos (ricos en potasio) y grasas vegetales. La región mediterránea ha contado con una rica tradición en la elaboración del jabón por la abundante presencia de aceite de oliva y de sosa natural. El desarrollo de la industria química después de la Segunda Guerra Mundial es el origen del jabón dermatológico, los geles y los detergentes tanto en polvo como líquidos. Hoy los detergentes constituyen un importante problema ambiental que a pesar de los esfuerzos para reducir sustancias contaminantes como los fosfatos y otras todavía sigue causando estragos en las aguas por los constantes aditivos como es el caso de las sustancias antibactericidas.

Detergentes sintéticos contra jabones naturales

Los detergentes se desarrollaron a principios del siglo XX en Alemania como necesidad a la escasez de grasas provocada por las penurias después de la Primera Guerra Mundial. Conocidos simplemente como detergentes, los detergentes sintéticos son productos no jabonosos para lavar y limpiar, que son "sintetizados" químicamente a partir de una variedad de materias primas. Los primeros detergentes eran usados principalmente para el lavado manual de platos y de ropa fina. El auge de los detergentes se inicia en los Estados Unidos cuando se fabrica en 1946 el primer detergente "estructurado", producto de la combinación de un espumante y de compuestos de fosfatos que mejoraban su poder para sacar manchas y lavar ropa muy sucia. Sin embargo, en la producción de detergentes se queman combustibles fósiles que contaminan la atmósfera. Los residuos de la producción contaminan las aguas si se llegan a infiltrar, y además cada vez que alguien se lava, el jabón y su contenido contaminante circula por las cloacas en forma de aguas residuales que no siempre reciben el tratamiento adecuado antes de diluirse nuevamente en los ríos o el mar.

Genera resistencias contra los medicamentos

Pero lo más alarmante en el desarrollo de los detergentes es que se están convirtiendo en agentes que contribuyen a la aparición de bacterias resistentes a los fármacos. Por este motivo se recomienda que se evite el uso de detergentes antibacterianos en el hogar. Como consecuencia muchos antibióticos y otros preparados utilizados para combatir enfermedades muy peligrosas, como por ejemplo la malaria, la tuberculosis y la neumonía, ya no son tan eficaces como lo eran antes. El uso habitual del detergente bactericida incrementa la resistencia de los gérmenes a la acción de los antibióticos utilizados en un tratamiento médico. El triclosán que es una sustancia que la mayoría de los detergentes bactericidas contienen, destruye determinados enzimas de la membrana celular de las bacterias, con lo que no pueden reproducirse. Estas enzimas son precisamente las que ataca el antibiótico Isoniazida, uno de los antibióticos más usados en el tratamiento de la tuberculosis debido a su eficacia y bajo coste y considerado como un fármaco de primera elección.. El triclosán puede provocar también náuseas, vómitos y diarreas si se llega a ingerir. Confundir una botella de detergente por algún refresco algo común para los niños a causa de las crecientes tendencias a incorporar olores y sabores de frutas en algunos detergentes; otra razón más para evitar el uso de detergentes antibacterianos en nuestros hogares.

No es sólo bactericida sino también microbicida

Aunque la mayoría de detergentes son etiquetados como bactericidas, por lo general casi todos son productos microbicidas. Productos que atacan a las bacterias, pero también a los virus. Las repercusiones mundiales que pueden derivarse son difíciles de predecir, debido a que el mercado mundial del detergente crece cada día, especialmente en Asia y el Pacífico. Se espera que el desarrollo económico en esta área aumente la demanda de los detergentes, incluyendo los bactericidas y microbicidas. En China y en la India, especialmente, se esperan consumos espectaculares puesto que el detergente líquido se considera un producto de lujo y apetecible.

La mejor defensa es la información

Si quieres defenderte tu mismo contra los gérmenes no hay como la información. Aunque, realmente no hay mejor prevención antibactericida que el jabón común y el agua templada. El detergente bactericida genera un sentimiento de falsa seguridad, como si eliminara todas las bacterias, pero sabemos que las bacterias están por todos partes y la mayoría no son nocivas, es más muchos microorganismos son beneficiosos (bacterías fotosintéticas, levaduras, las bacterías lácticas, etc.). La industria produce aquello que demanda el mercado y con lo que puede obtener ganancias. Si los consumidores dejan de comprar detergentes y productos domésticos microbicidas se inducirá a que la industria reduzca la promoción y producción de estos productos en todo el mundo con el tiempo. El uso de detergentes y lociones bactericidas debería ser exclusivo para personas enfermas o casos especiales. Un estudio reciente demuestra que personas que viven en granjas y están expuestas al polvo y a los gérmenes de forma habitual tienen menos probabilidad de sufrir asma o alergias. Se opina que la exposición a bacterias, hongos y polvo de forma ordinaria puede ayudar a fortalecer el sistema inmunológico de los niños. Los detergentes bactericidas son, contrariamente a lo que su denominación pueda parecer, la llave para un mundo más frágil al efecto letal o pernicioso de algunos microorganismos patógenos. FUENTE: http://www.terra.org/articulos/art01014.html

Coadyuvante en los detergentes

En el transcurso del blog hemos estado viendo la composición general de los detergentes, en los que se componen de aditivos, materia orgánica y diferentes elementos, uno de estos elementos que los forman es el coadyuvante, muy importante en el resultado final de un detergente.

El coadyuvante es uno de los compuestos más usados, entre ellos el llamado TPP(Tripolofosfato
pentasódico). Pero la utilización de este elemento dispone de ciertas desventajas.

Como casi todos los coadyuvantes es un intensificador de los problemas ecológicos, procedente de la eutroficación de las aguas cercanas a núcleos urbanos. Como resultado de este deterioro natural los organismos políticos y ecológistas tomaron medidas específicas en la utilización de los diferentes detergentes, en definitiva reducir el contenido de este fosfato.

Los coadyuvantes pueden ser orgánicos e inorgánicos dependiendo del uso que se le quiera dar al detergente, al proceso de detergencia. Principalmente tienen estas características:

- Mejora la acción de lavado.( Eliminación de los iones de Ca y Mg)
- Abaratar el producto.
- Proporciona la forma física al detergente,para su perfecta utilización en el
lavado.

Propiedades detergentes en combustibles

Como mostramos en la descripción de las aplicaciones del detergente, se mostraba en diferentes campos y uno de ellos era la industria petroquímica.

Durante los últimos quince o diez años aproximadamente los combustibles han evolucionado, de ser meramente energía a ser energía con función detergente para el motor. En este tiempo marcas automovilísticas y empresas petroquímicas colaboran con el fin de perfeccionar el uso del motor con las gasolinas.

Unos de los puntos era y sigue siendo el tiempo de vida del motor, y aquí aparece el efecto detergente como principal arma. El efecto detergente se manifiesta destruyendo los depósitos de carbono del motor y evita los problemas que crean los depósitos de materiales sobrantes que se acumulan en el sistema de conducción.

Marcas como BP, en relación con el efecto detergente y el efecto anticorrosión, afirma una capacidad limpiadora del 50 por ciento en referencia a la misma gasolina en otras marcas. Más allá de la competencia entre marcas,la capacidad del efecto detergente llega como reacción en cadena a otros aspectos mecánicos como son la mejor conservación de las válvulas, filtro de partículas en los tubos de escape o mejor rendimiento mecánico en referencia a la plena entrega de potencia del motor.

Todas estas mejoras de las gasolinas influyen en el consumidor directamente en su bolsillo porque a la larga el vehículo sufrira menos visitas o mejor dicho un tiempo de visita mayor entre revisión y revisión.

La Española Cepsa busca elaborar insumos para detergentes en Perú

La Compañía Española de Petróleos (Cepsa) está interesada en instalar una planta petroquímica en el Perú a base de residuales de petróleo para producir Alquibenceno Lineal (LAB), materia prima que se utiliza en la fabricación de detergentes biodegradables, informó el ministro de Energía y Minas, Juan Valdivia.

Cepsa se mostró interesada en iniciar conversaciones con Petroperú para ver la posibilidad de utilizar los residuales que produce la petrolera estatal.

Con plantas en España, Canadá y Brasil, Petresa, que es filial del Grupo Cepsa, es líder mundial en la fabricación de LAB con una capacidad de producción de 560 mil toneladas anuales.

La compañía española ya tiene presencia en el sector hidrocarburos peruano tras haber adquirido el año pasado el 80% de los derechos de exploración en el Lote 127 a Loon Perú, filial de la canadiense Loon Energy.

También ha negociado con otras empresas para adquirir participación en otros lotes en la Cuenca Ucayali.

Valdivia indicó que muchas empresas españolas están interesadas en proyectos de generación de energía eólica, como Iberdrola, y espera que en los próximos meses se puedan dar anuncios importantes.

Precaución con los detergentes

Como se ha venido explicando durante el transcurso del blog los detergentes evolucionan en el siglo XX después de la segunda guerra mundial. A lo largo de los años la implantación de los detergentes es muy aceptada,pero que lleva como desventajas, una medioambiental y otra perjudicial en el desarrollo de fármacos,últimamente observada estos últimos años.

Por este motivo se recomienda que se evite el uso de detergentes antibacterianos en el hogar. Como consecuencia muchos antibióticos y fármacos utilizados para combatir enfermedades muy peligrosas, ya no son tan eficaces como lo eran antes. El uso habitual del detergente bactericida incrementa la resistencia de los gérmenes a la acción de los antibióticos utilizados en un tratamiento médico.

Por ejemplo el triclosán,que es una sustancia que la mayoría de los detergentes bactericidas contienen,destruye enzimas de la membrana celular de las bacterias,lo que les imposibilita su reproducción.

Aunque la mayoria de los detergentes son `llamados´ bactericidas, no son solo esto,además matan virus por tanto son tambien microbicidas.

Estas precauciones pueden no servir de mucho ya que la expansion del mercado a Asia lleva a seguir fabricandolos ,debido a su coste y repercusion social en paises en vias de deasarrollo.

¿Por qué limpian los jabones y detergentes?

La eficacia limpiadora de los jabones y los detergentes descansa en tres principios basicos:

- Acción mecánica
- Acción térmica
- Acción química

Las dos primeras acciones son muy sencillas de entender, la fuerza mecánica que aplicamos al lavar, tanto sea a mano, como por medio de algún electrodoméstico (Lava vajillas, Lavarropa, etc), La acción térmica que entra al juego al utilizar agua caliente para realizar el lavado, el calor favorece el ablandamiento de las manchas y facilita la acción química.

La acción química es la más importante de las tres y además es la requiere una explicación un tanto más detallada.

Todos los líquidos, entre ellos el agua que usamos para limpiar, cuentan con una característica fundamental conocida como tensión superficial, la tensión superficial es una fuerza de atracción mutua entre las moléculas que forman el liquido, esto causa que el agua forme gotas sobre los materiales como vidrio y telas, esto retrasa el humedecimiento de las superficies e inhibe el efecto de limpieza.

Ahora bien, para realizar la limpieza la tensión superficial debe reducirse, para permitir que el agua se difunda sobre la superficie a limpiar y la humedezca, las sustancias químicas encargadas de esta acción son conocidas como “tensioactivos”.

Además los tensioactivos realizan otras importantes tareas en la limpieza: como aflojar, emulsionar y mantener en suspensión las manchas hasta que puedan enjuagarse.

Tanto jabones como detergentes están formados por moléculas que tienen un extremo que es atraído por el agua y otro extremo que es atraído por las grasas de la suciedad.

Resumen

Entonces durante un proceso normal de lavado de (por ejemplo) una tela con manchas grasas, el efecto de los jabones y detergentes es el siguiente, la acción química causa fuerzas opuestas entre el agua y la grasa, que afloja y mantiene en suspensión la mancha, la acción térmica ayuda a disolver la grasa de la mancha y la acción mecánica aplicada a mano o por el electrodoméstico, termina por liberar completamente la mancha de la tela.

JABONES Y PRODUCTOS DERIVADOS

Los jabones, derivados de los aceites y grasas naturales, son los surfactivos clásicos. El jabón se ha utilizado al menos desde los tiempos bíblicos y, aunque su uso ha declinado desde la II Guerra Mundial, se emplea aún para hacer la mayoría de las pastillas de tocador del mundo y, en los países subdesarrollados, las barras de jabón duro son aún los productos más importantes empleados para el lavado de la ropa. También una proporción sustancial del polvo de lavado de ropa empleado en la Gran Bretaña está basada en el jabón.

Los aceites y grasas naturales son mezclas de triglicéridos, es decir, glicerina esterificada con ácidos grasos. Los jabones son las sales de estos ácidos grasos y se producen por saponificación de los triglicéridos con álcalis, normalmente, hidróxido sódico.

Las materias primas más importantes para fabricar jabón son el sebo y el aceite de coco. Se emplean también otros materiales como el aceite de palma y aceite de palmiste. Si es preciso, los aceites pueden tratarse antes de la saponificación, por ejemplo, decolorarse con tierra de batán para eliminar impurezas coloreadas o, en el caso de aceites con un elevado contenido en triglicéridos no saturados, hidrogenarse parcialmente para mejorar el color y la estabilidad.

1. Saponificación

Un proceso satisfactorio de fabricación de jabón no debe sólo saponificar los glicéridos, sino también producir el jabón con un contenido bajo de agua, separar las impurezas coloreadas y separar la glicerina subproducto de tal forma que pueda recuperarse convenientemente.

El método clásico, elaborado durante muchos años y todavía en uso para producir una cantidad significativa del jabón del mundo, entraña el tratamiento de grasa con hidróxido sódico en calderas abiertas equipadas de calefacción a vapor y con dispositivos para la separación de fases.

Hay numerosas variantes de este tipo de proceso, todas ellas consumen mucho tiempo, a causa del gran número de operaciones secuenciales y de los largos tiempos de decantación requeridos. Se ha desarrollado un conjunto de procesos continuos más rápidos, que en muchos casos han desplazado al método de la caldera. Algunos se asemejan en fundamento al método de la caldera, y comprenden la saponificación alcalina y la separación de fases mediante sal. Otros utilizan un procedimiento completamente distinto, a saber la hidrólisis a alta temperatura (sobre 250 ºC) y alta presión (4-5*106 N/m2) de las grasas con agua en reactores tubulares en contracorriente, separación de los ácidos grasos brutos resultantes de la solución acuosa de glicerina, purificación de los ácidos grasos por destilación y neutralización de los ácidos grasos purificados con hidróxido sódico u otro álcali.

2. Preparación de productos determinados con jabón

Jabón de tocador:

El jabón neto procedente de la saponificación contiene sobre el 30% de agua. El contenido en agua se reduce al 12%. Después se añaden aditivos menores como por ejemplo: perfumes, agentes conservantes como ácido etilendiamino-tetracético, blanqueantes como TiO2, o colorantes, y en algunos casos germicidas. Se mezcla todo de manera que quede homogéneo. Los jabones de tocador contienen normalmente de 20-50% de jabón de aceite de coco y 50-80% de jabón de sebo, y pueden contener también hasta el 10% de ácido graso no neutralizado. El jabón de aceite de coco, más caro, es necesario para dar un producto con buena espuma y propiedades de disolución satisfactorias. Recientemente se han desarrollado pastillas de tocador basadas en surfactivos sintéticos, con sales solubles en calcio y magnesio y se utilizan en una extensión significativa en algunas áreas del mundo.

Jabones en polvo para lavado de ropa:

Las formulaciones típicas constan de jabón sódico, perborato sódico, silicato sódico y pequeñas cantidades de reforzadores de espuma, carboximetilcelulosa sódica, agentes fluorescentes de blanqueado, perfumes y agua. Pueden también estar presentes carbonato sódico y/o fosfatos sódicos. Estos productos dominaron una vez el mercado del lavado de ropa, pero ahora han sido desplazados casi por completo en la mayoría de los mercados del mundo por productos basados en alquilbencenosulfonatos. Una notable excepción ocurre en Gran Bretaña, donde los jabones en polvo todavía tienen una importante proporción del mercado del lavado de ropa.

Otros usos de los jabones:

Los jabones han sido desplazados por los surfactivos sintéticos en muchas aplicaciones, aunque todavía se emplean, por ejemplo, en acabado textil, polimerización en emulsión, cosmética, pulimentos y pinturas de emulsión.

3. Algunos problemas asociados con los productos con jabón

Aunque los productos basados en el jabón son altamente satisfactorios en muchos aspectos, presentan un conjunto de desventajas, de las cuales la más familiar es el cortado indeseable que se produce cuando se utilizan con aguas duras.

La disponibilidad y, en consecuencia, el precio de los aceites y grasas naturales varía de forma no previsible, en muchos casos los suministros no pueden aumentarse con facilidad.

La distribución de longitudes de cadena de los ácidos grasos naturales disponibles al formulador de productos detergentes es bastante limitada. La mayoría de los aceites y grasas tienen distribuciones de longitud de cadena con un máximo de a C12 o C16/18 y si una operación particular de detergencia requiere, por ejemplo, una distribución C14-16, tal jabón sencillamente no podría producirse económicamente a partir de materias primas naturales.

Las reservas de grasas y aceites en Estados Unidos son inadecuadas para proporcionar las materias primas de las cantidades de jabón que serían precisas. Si el jabón se empleara para sustituir la producción anual de 2.6 billones de kilogramos de detergente, haría falta alrededor de 1 billón de toneladas de sebo. El uso de cantidades tan elevadas de sebo haría entrar en competencia a los fabricantes de jabón por esta sustancia, que ahora se dirige hacia las reservas alimenticias mundiales.

Las prestaciones de jabón en los millones de máquinas lavadoras diseñadas en Estados Unidos son marcadamente inferiores que las de los detergentes. Dichas máquinas fueron específicamente ideadas para utilizar detergentes. El jabón es totalmente inadecuado para los lavavajillas automáticos.

Todas estas y otras razones han contribuido a que declinen los productos del jabón. El empleo de surfactivos sintéticos basados en materias primas petroquímicas económicas y fácilmente disponibles, y más efectivos que los jabones en muchas aplicaciones, ha crecido a un ritmo considerable desde la II Guerra Mundial.

GENERAL

PROCESO DEL DETERGENTE

Podría definirse como la "acción de limpiar la superficie de un material sucio en un baño líquido en el que se disuelven uno o varios solutos -detergentes- que ayudan a la limpieza". Muchos procesos ampliamente distintos contribuyen a la limpieza, y su importancia relativa depende mucho de la naturaleza del sustrato, la naturaleza de la suciedad a ser eliminada y las condiciones de la limpieza (concentración de detergente, temperatura y grado de agitación). Estos procesos generalmente emplean agua como solvente.

Un detergente efectivo debe realizar dos funciones: debe desprender la suciedad de la superficie a limpiar y debe dispersar o disolver la suciedad en el líquido de lavado, de tal modo que el sustrato limpio pueda separarse del líquido de lavado sin que la suciedad se deposite sobre él. La clave de ambos requisitos radica en la naturaleza de las interfases entre el sustrato, la suciedad y el líquido de lavado. Un detergente completamente formulado funciona modificando las propiedades de estas interfases, cambiando así la energía de las interacciones entre la suciedad y el sustrato. Por lo general, la sal de un ácido carboxílico es más soluble en agua que el propio ácido. Cuando la parte hidrocarbonada del ácido es muy grande en comparación con el grupo carboxilato, la parte iónica de la molécula interacciona favorablemente con el agua y tiende a disolverse, pero el resto de la cadena no. Las cadenas hidrocarbonadas de moléculas vecinas se atraen mutuamente por fuerzas de Van der Waals más de lo que lo están por las moléculas polares del agua. De hecho son hidrófobas, o repelentes del agua, en su comportamiento. La sal de un ácido de cadena larga, pues, tiene dos regiones: una cabeza hidrófila, el grupo carboxilato soluble en agua, y una cola hidrófoba, la parte de cadena hidrocarbonada que es repelida por las moléculas del agua y atraída en cambio por las cadenas hidrocarbonadas de las moléculas vecinas.

La estructura de estos compuestos provoca una orientación particular de sus moléculas en la superficie del agua: las cabezas están en el agua y las cadenas hidrocarbonadas sobresalen hacia el aire. La concentración de moléculas en la superficie del agua provoca que su tensión superficial disminuya. Los compuestos que presentan este comportamiento se llaman compuestos tensioactivos o surfactantes . Los jabones son un tipo de compuestos tensioactivos. Todos los buenos surfactantes tienen estructuras con una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba. Loa ácidos con doce o más átomos de carbono en la cadena hidrocarbonada de la molécula presentan un comportamiento tensioactivo.

Cuando se alcanza una concentración crítica de surfactante, la capa superficial se rompe en unidades más pequeñas, en agrupaciones de iones llamadas micelas. Las micelas son partículas en las que la parte hidrófoba de la molécula, repelida por el agua, se sitúa en el interior mientras que las cabezas hidrófilas, cargadas negativamente, se colocan en el exterior de la micela e interaccionan con las moléculas de agua y los iones positivos del medio. La apariencia opalescente de una disolución de jabón, que es coloidal, es una evidencia de que las partículas presentes son mayores que unas simples moléculas individuales. Las partículas en una solución coloidal son suficientemente grandes para que la luz se disperse en vez de transmitirse, como en el caso de las verdaderas soluciones cuyo aspecto es perfectamente transparente.



La grasa se parece en su composición química a las cadenas hidrocarbonadas de la micela. Si se frota una mancha de grasa con una solución jabonosa, se provoca que la grasa se rompa en partículas suficientemente pequeñas para ser englobadas dentro de las micelas. Las partículas pasan a la solución gracias a la porción hidrocarbonada del jabón, que se mantiene en suspensión por la interacción de la superficie iónica de las micelas con el agua que las rodea. Se dice entonces que la grasa se ha emulsionado, o sea que está suspendida en un medio en el que normalmente no es soluble.

Así pues, los jabones suelen ser sales de ácidos carboxílicos de cadena larga. Los jabones ordinarios presentan desventajas en las aguas que se denominan "duras". Las aguas duras contienen iones calcio y magnesio disueltos, de forma que cuando se usa jabón en dichas aguas, las sales cálcicas y magnésicas de los ácidos carboxílicos del jabón precipitan. Este precipitado es la espuma que puede verse a veces en la superficie del agua y que causa un anillo de precipitado alrededor de la bañera. Como es lógico, se han desarrollado varios surfactantes cuyas sales cálcicas y magnésicas son más solubles. Uno de éstos, obtenido a partir de aceites vegetales, es el dodecilsulfato de sodio, la sal sódica del éster del 1-dodecanol con ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico y no un ácido carboxílico proporciona en este caso la parte iónica de la molécula.

PROCESOS DE PRODUCCION - HISTORIA

El proceso clasico, que aun se emplea ampliamente, se basa en el tratamiento con SO3 (trioxido de azufre) de fracciones de petroleo. Su empleo como agente de sulfonacion es reconocido en la industria y los trabajadores rusos fueron pioneros en ese campo en el periodo de 1925 - 1935.
En 1957, Bilbert y Beldhuis publicaron una revision del SO3 empleado en la refinacion de los aceites lubricantes. En las ponencias del 5to congreso mundial del petroleo en 1959, Kaye describio una planta para la refinacion de fracciones de petroleo con SO 3/oleum al 60%. Asi mismo, en el 4to congreso mundial de actividad superficial en 1964 se reporto el empleo del sistema Sulfurex de sulfonacion en cascada, el cual consiste de un cierto numero de recipientes con agitadores de alta potencia en cascada. La cantidad de SO3es determinada por la cantidad de azufre liquido introducido por la bomba de dosificacion, y la alimentacion total SO 3/oleum es determinada por la naturaleza y porcentaje del material sulfonable. De ahí, el producto pasa a un decantador en donde el exceso de acido en el aceite es removido y recirculado.
La compañía Allied Chemical Process diseño un reactor en donde el SO3 es dosificado en un vaporizador, recogido por la corriente de aire y pasa a traves de enfriadores y filtros, y dirigido a la cima de una torre de reaccion a una temperatura de 120°. El alquilato se bombea a las paredes internas de la torre, formando una pelicula liquida de material la cual reacciona con la mezcla de aire y SO3. No hay agitacion mecanica concerniente. Reactores como el mencionado estan patentados en diversas versiones en los cinco continentes.

DESARROLLO DE ALQUILBENCEN SULFONATOS

La historia de la manufactura de los alquil benceno sulfonatos (LABS) se remonta a los años 1930. En Alemania, asi como en los Estados Unidos un alquil benceno fue producido por la monoclorinacion de fracciones de Kogasin y una reaccion subsecuente de Friedel - Crafts. La sulfonacion fue elaborada con oleum (acido sulfurico fumante). Y su subsecuente neutralizacion con hidroxido de sodio par la formacion de la respectiva sal disodica.
A comienzos de los noventas, el propileno fue tetramerizado formando un α-dodecileno ramificado. La reaccion de Friedel-Crafts con benceno en la presencia de cloruro de aluminio o fluoruro de hidrogeno hizo disponible un proceso atractivamente economico para la sintesis del alquilbenceno. El sulfonato de tetrapropilenbenceno fue obtenido reemplazando el jabon empleado como componente surfactante anionico primario en las formulaciones para detergentes.
La insuficiente biodegrabilidad debido a la alta ramificacion de la cadena carbonada condujo a una contaminacion acuosa. Por ello, el compuesto lineal fue empleado como un compuesto biologicamente mas degradable.
Las fracciones de petroleo fueron separadas por el metodo del tamiz molecular en n-parafinas de la pureza deseada y convertidas a olefinas por diversos metodos. Las olefinas eran puestas en contacto con benceno, en la presencia de un catalizador acido, obteniendo el alquilbenceno lineal.
Por medio de la selección del catalizador apropiado, se pueden obtener varias distribuciones isomericas del grupo fenil. La sulfonacion de alquilbencenos puede ser realizada con oleum, acido sulfurico o trioxido de azufre gaseoso. El grupo sulfonato se introduce dentro del anillo bencenico primariamente en la posicion P. El proceso podria ser operado en proceso discontinuo o continuo.
La sulfonacion industrial de LAB (linear alkyl benzene) es logrado hoy en dia con trioxido de azufre SO3 en reactores especificos. Los reactores de pelicula liquida o tubos de contacto son los adecuados especialmente para aplicación del proceso continuo.
En la reaccion con trioxido de azufre, en lugar de acido sulfurico, la generacion de subproductos es inevitable por lo cual los productos (acido sulfonico) se neutralizan con hidroxido de sodio obteniendo pastas con contenido de sustancia activa de alrededor del 60%. El producto final puede ser mezclado con una solucion de hipoclorito sodico acuosa para alcanzar colores mas claros.
Para el analisis de la eficiencia del producto, la cadena lineal de carbon influye en el producto final afectando la humectacion, produccion de espuma y su estabilidad y tambien la tension superficial.

Producción de un Detergente

INTRODUCCIÓN.

Jabones, detergentes, emulsiones, agentes de humedad y penetrantes son agentes activadores de superficie modernos. Los detergentes son una mezcla compleja de muchas sustancias que incrementan el efecto limpiador del agua en los objetos sólidos. Los detergentes varían en su composición, dependiendo del efecto limpiador deseado. Los detergentes son utilizados para aseo personal, lavandería, limpieza de superficies duras y limpieza industrial especializada. Los detergentes contienen varios tipos de ingredientes tales como los surfactantes que disminuyen la tensión superficial del agua. Otro tipo de ingrediente utilizado en esta producción son los agentes reforzadores, sales inorgánicas o álcalis que realzan el efecto limpiador de los surfactantes. Los detergentes también contienen agentes auxiliares que incrementan las características de rendimiento de los materiales.

La composición de los detergentes es mejorada cada vez más debido a las condiciones de su medio ambiente. Algunos detergentes sintéticos causan contaminación del agua debido a que sus agentes surfactantes no destruyen las bacterias en el suelo o en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Se han desarrollado y estandarizado pruebas para establecer el requerimiento biodegradable de muchos detergentes.
Los jabones caseros dominaron el mercado de detergentes por muchos años. Sin embargo, muchos países subdesarrollados usan todavía jabones de producción casera. En la mayoría de los países desarrollados, recientemente, los detergentes surfactantes no jabonoso se han desarrollado y han desplazado a los jabones caseros en el mercado mundial. Esta situación cambiante junto con el aumento de los estándares de vida hace del establecimiento de esta planta una inversión segura y rentable.

INFORMACIÓN GENERAL DEL PROCESO

a) DIAGRAMA DE FLUJO

b) DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Esta proceso incluye las siguientes etapas:

1. Sulfatado y neutralizado (proceso óleum)

2. Sección de preparación de la pasta.

3. Sección de secado.

4. Sección de perfumado y transporte.

5. Sección de empaque.

La sección de sulfatado y neutralizado está diseñada para permitir a las materias primas, alquilobenceno, óleum (ácido sulfúrico fumante), solución de sosa cáustica, y agua diluida ser contenidas en tanques de alimentación, respectivamente; las materias primas son suministradas a través de una máquina dosificadora, la cual contiene bombas volumétricas de seis pistones, hacia los contenedores de reacción.

La sección de sulfatado presenta tuberías de recirculación, un contenedor de reacción, y un intercambiador de temperatura. La máquina dosificadora (bombas proporcionales) envía el alquilobenceno por medio de las tuberías de recirculación hacia el contenedor de reacción. El agente de sulfatado (ácido sulfúrico), que es suministrado por su respectiva bomba volumétrica, también es transportado al contenedor de reacción. La mezcla que será sulfatada, igual a la cantidad de agentes de reacción, son suministradas y pasadas de manera continua por un sistema de digestión donde se completará la reacción. La temperatura del sistema de recirculación es controlada por una válvula de ajuste de agua fría.

Esta mezcla ácida pasa desde el sistema de digestión hacia el sistema de adulteración. El sistema de adulteración contiene un contenedor de reacción, un intercambiador de temperatura y tuberías de conexión. Agua diluida, que es suministrada desde su respectiva bomba, es introducida al contenedor de reacción. La temperatura en el circuito de adulteración es controlada por una válvula de ajuste de agua fría.

La mezcla de ácido diluido pasa al sistema de separación donde cualquier ácido de escape es separado en forma de capas. Esta separación es controlada por medio de un control de nivel de interfase, por ejemplo, para controlar la separación de la superficie en dos capas. El ácido sulfatado emerge a la parte superior del separador y entra al circuito de neutralización que consiste de un contenedor de reacción, un intercambiador de temperatura, y tuberías de circulación para trasladar la mezcla al tanque de ajuste de pH. La solución de sosa cáustica es bombeada al contenedor de reacción. El ácido sulfatado es transportado a su tanque de almacenamiento y luego es bombeado hacia el contenedor de reacción. La temperatura de este sistema es controlada por válvulas de ajuste de agua fría. El tanque de ajuste de pH hace que el producto neutralizado tenga una composición uniforme y homogénea. El producto neutralizado es controlado por un medidor continuo de pH a través de unos electrodos colocados en la cámara de fluido y en el indicador de pH.

La sección de preparación de la pasta está diseñada para permitir que el producto neutralizado (sulfato de sodio) y agentes adicionales (como trifosfato de sodio, silicato de sodio, sulfato de sodio, CMC, abrillantador, etc.) sean mezclados por medio de un embrague en un agitador eléctrico de baja velocidad. La pasta mezclada es convertida en una pasta homogénea a través de un molino coloidal. Luego esta pasta es pasada por unos filtros para remover las impurezas sólidas. Después de pasar por los filtros, la pasta es transportada a su tanque de almacenamiento.

Una vez que la torre de rociado está preparada, la pasta es transportada a los inyectores de rociado (colocados en la parte superior de la torre de rociado) a través de una bomba triple de alta presión. Los sujetadores, tanques de almacenamiento, filtros y tuberías son calentados por un dispositivo a vapor. Los motores y la temperatura del proceso son manejados por un panel de control central.

La sección de secado consiste de una torre de rociado, un horno generador de aire caliente, y un colector de ciclón.

El horno genera aire caliente utilizando para su combustión aceite de quemado ligero (o una mezcla de diesel y aceite ligero) El aire caliente es soplado y distribuido en la torre de rociado utilizando un soplador, ubicado al lado del horno.

La pasta de detergente es enviada a la torre de rociado y esparcido desde los inyectores cortando el flujo de aire caliente para mantener volúmenes pequeños en forma de comprimidos. Luego la pasta desciende suavemente y es secado dentro de dispositivos ahuecados antes de llegar al conducto de descarga de la torre de rociado.

Después de pasar a través de la torre de rociado, el aire caliente es liberado dentro del colector de ciclón, que separa al detergente en un polvo fino, luego este pasa a través del conducto de aire caliente y es descargado en un lugar abierto.

Como el polvo seco, descargado de la torre de rociado, está aún caliente entonces será enfriado en un conducto de transporte neumático. Luego es separado del aire frío en una cámara de separación y almacenado en tanques.

El detergente en polvo descenderá sobre un tamiz vibratorio, separando el polvo fino y grueso y pasando a un aparato de perfumado continuo donde se rocía el perfume desde los inyectores, y luego será transportado a la sección de empaque.

El detergente en polvo es enviado por medio de un transportador a la máquina automática de pesado y empaque que es acoplada con una máquina de sellado continuo para sellar el producto en bolsas de plástico. Una vez que las bolsas son selladas, los productos son transportados al almacén para su posterior comercialización.

Enzimas en la composicion de detergentes

Como estamos viendo el tema de detergentes abarca grandes temas como sus propiedades, estructura o funcionamiento. Otro apartado importante es la innovación,siempre presente en la creación de detergentes a través de diferentes sustancias.Una de estas sustancias son las enzimas, las cuales están llevando un gran desarrollo en los últimos años,gracias entre otras de sus características a su biodegradabilidad.

Las enzimas más utilizadas son la amilasa,la glucoamilasa,la glucosa isomerasa y varias proteasas.

Las enzimas se usan para eliminar algunos tipos de manchas: las proteasas actúan sobre manchas de origen proteico (sangre, leche, huevos), las amilasas sobre manchas amiláceas (que contienen almidón), las lipasas sobre grasas (aceite, sebo) y las celulasas sobre fibras de algodón.

Para enfocarlo desde el punto de vista industrial, procederemos a describir básicamente su caracterización en la industria,viendo sus características y las fuentes de obtención de las mismas.

CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS INDUSTRIALES.

Para que una enzima sea útil industrialmente debe ser barata en comparación al precio del proceso global y debe ser activa en las condiciones en que se realiza el proceso sin la enzima. Si esto no ocurriese, sería más conveniente emplear otra enzima que sea activa en dichas condiciones en las que efectuamos el proceso.

La enzima debe ser estable (muchas enzimas empleadas en procesos industriales operan a temperaturas que rondan los 50º C), debe estar disponible en cantidades relativamente elevadas y debe ser segura.Además una enzima puede emplearse en más de un proceso.

El empleo de enzimas es ventajoso porque actúan en condiciones de pH, temperatura, presión; además minimiza los requerimientos energéticos del proceso. Las variaciones de las condiciones podrían hacer perder las propiedades deseadas del producto que se pretende obtener.

TIPOS Y FUENTES DE OBTENCIÓN DE ENZIMAS INDUSTRIALES

Enzimas microbianas: Las enzimas producidas por la fermentación de microorganismos representan el 90% de todas las enzimas producidas para los procesos industriales.

Enzimas vegetales: La mayoría de las enzimas vegetales se encuentran disponibles en forma de polvo. También se encuentran disponibles líquidos de papaína de baja actividad. El aumento de la disponibilidad de las enzimas vegetales depende de diversos factores.

Enzimas animales: Aquí se incluyen diferentes grupos de sustancias que pertenecen a las enzimas de animales como por ejemplo: lipasas pancreáticas y proteasas, pepsinas o estereasas pregástricas.

Impacto Ambiental

Los jabones son sustancias que alteran la tensión superficial de los líquidos, especialmente el agua. Este tipo de sustancias se denominan tensoactivas. Los jabones se utilizan como agentes limpiadores debido a la estructura singular de estos iones orgánicos especiales. Cuando un objeto está sucio, casi siempre se debe a la adhesión de capas de grasa o aceite que a su vez contienen polvo y partículas extrañas. Si el objeto es lavado con agua no se elimina gran parte de la suciedad, pero cuando se agrega jabón al agua, puede disolverse para dar iones carboxilato, estos iones tienen un extremo iónico que es muy soluble en agua y un extremo de la cadena larga de hidrocarburos tiene una fuerte atracción para las moléculas de aceite y grasa, los extremos que atraen al aceite penetran en las capas de aceite y grasa y las disuelven y a su vez, los extremos iónicos se siguen disolviendo en agua, éstos tienden a hacer que se desprendan las partículas de grasa y aceite a la solución, de manera que se puedan remover. Esta clase de acción limpiadora se denomina acción detergente.
Los jabones presentan la desventaja de que si se usan en agua dura, tienden a formar sales con los cationes de los metales formando "natas" que neutralizan su acción. Una alternativa a este problema, surgió cuando se empezaron a sintetizar otros compuestos orgánicos a partir de compuestos químicos del petróleo, que tienen acción detergente por lo que se les denomina en forma genérica como detergentes. La mayoría de los detergentes son compuestos de sodio del sulfonato de benceno substituido, denominados sulfatos lineales de alquilos (las), hay otros que son los alquilbencen sulfatos de cadena ramificada (abs) que se degradan mas lentamente que los las. El extremo sulfato es soluble en agua y el extremo del hidrocarburo es soluble en aceite, cumpliendo con ésto las características de los jabones . La ventaja de los detergentes es que no forman natas con el agua dura. Por su amplia utilidad los detergentes se usan tanto en la industria como en los hogares, sin embargo, constituyen una fuente de contaminación del agua. En cuanto a la biodegradabilidad, tanto los detergentes como los jabones son biodegradables, pero la biodegradabilidad se ve limitada si estos compuestos se encuentran en exceso en un cuerpo de agua.
En el mercado se encuentran cuatro tipos de detergentes sintéticos: detergentes aniónicos; detergentes catiónicos, detergentes no iónicos y detergentes biológicos.
Los detergentes aniónicos y especialmente los sulfonatos, son los que se utilizan más, cuestan poco y son estables en aguas duras. Los detergentes catiónicos poseen las mejores propiedades bactericidas y bacteriostáticas, pero son bastante caros y sólo se usan en instituciones de salud para limpieza de utensilios. Los detergentes no iónicos tienen una aplicación industrial algo mayor que la doméstica. Por ultimo los detergentes biológicos, a los cuales se les llama así cuando además de contener uno de los surfactantes (las ó abs) contienen enzimas con lo cual proporcionan mayores ventajas en el lavado de la ropa.
Uno de los principales problemas que causa el uso de detergentes, es que los de tipo comercial deben contener ciertos aditivos que se pueden convertir en graves contaminantes del agua. Entre los principales aditivos están pequeñas cantidades de perfumes, blanqueadores, abrillantadores ópticos, y los agentes espumantes; es importante recalcar que la producción de espuma de un detergente esta determinada por el tipo de surfactante que éste contenga, así de este modo, los surfactantes aniónicos producen abundante espuma, los surfactantes catiónicos producen una cantidad muy limitada de espuma y los surfactantes no iónicos casi no producen espuma, además de que la formación de espuma es ayudada por ciertos aditivos espumantes que se agregan a la fórmula, ya que la gente tiende a relacionar la capacidad de producción de espuma con la capacidad limpiadora, aunque la producción de espuma no tiene nada que ver con la eficacia del detergente.El principal aditivo de los detergentes es un compuesto llamado tripolifosfato de sodio, al que se le denomina en forma genérica como fosfato. Actualmente se encuentran en el mercado los llamados detergentes antibacteriales, los cuales contienen agentes bactericidas, ésto en parte es bueno pero si se usa este detergente en exceso, entonces el agente bactericida llega a los cuerpos de agua y mata una buena proporción de los microorganismos presentes en éste, disminuyendo la capacidad de los microorganismos para degradar al detergente.
El aditivo de fosfato (tripolifosfato de sodio) se le conoce como formador, estos formadores tienen tres funciones básicas: primero, actuando como bases, hacen que el agua de lavado sea básica ésto es, un pH alto necesario para la acción del detergente; en segundo lugar, los fosfatos reaccionan con los iones del agua dura, como los iones calcio y magnesio, en tal forma que éstos no llegan a interactuar con el detergente, no limitando así su acción limpiadora, y en tercer lugar, ayudan a mantener las grasas y el polvo en suspensión para que se puedan eliminar durante el lavado.
El inconveniente empieza cuando ya se ha desechado el detergente fosfatado, los fosfatos son arrastrados por el drenaje y la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas negras no están diseñadas para eliminar fosfatos y por lo tanto, éstos pasan al medio ambiente acuático a través del efluente de las agua negras. Se calcula que alrededor del 50% de los fosfatos de las aguas negras provienen de los detergentes. El problema de los fosfatos, es que actúa como elemento nutritivo para algas y plantas acuáticas, lo que a su vez provoca la degradación de las aguas naturales.
Entre otros aditivos importantes se encuentran los enzimas, los cuales por lo general son sustancias de naturaleza proteínica, que se encargan de catalizar las reacciones en los seres vivos. La tecnología de enzimas en los detergentes se desarrolló como una herramienta más de éstos para atacar ciertos sustratos (generalmente protéicos) específicos.Los detergentes que contienen enzimas se les llama detergentes biológicos.

Proceso para obtener un sulfonato de alquilbenceno lineal

Obtener una mezcla de olefina/parafina a través de deshidrogenación catalítica de parafinas;
1) purificar las olefinas de Ia mezcla formada en Ia etapa i);
2) separar los compuestos no lineales de Ia mezcla obtenida en Ia etapa ii) por medio de un adsorbente selectivo;
3) tratamiento de los compuestos no lineales extraídos en Ia etapa iii) para formar el precursor hidrotrópico;
4) alquilación del benceno con Ia mezcla purificada olefina/parafina obtenida;
5)purificar los alquilbencenos lineales crudos obtenidos;
6) sulfonatar los alquilbencenos lineales obtenidos;
Caracterizado porque dicho tratamiento comprende al menos uno de los procesos seleccionados del grupo consistente de fraccionamiento, hidrogenación y/o adsorción selectiva, añadiéndose dicho precursor hidrotrópico obtenido a Ia corriente de alquilbenceno lineal, y el precursor hidrotrópico, bien antes de las etapas de sulfonación y neutralización, siendo así sulfonatados juntos, o bien siendo sulfonatado y neutralizado el precursor hidrotrópico y subsiguientemente añadido al sulfonato de alquilbenceno lineal purificado obtenido.