21.2: Detergentes Sintéticos
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- Describir diferentes tipos de detergentes.
- Enumere los componentes clave de los detergentes y sus funciones.
Un detergente es un surfactante o una mezcla de surfactantes con propiedades limpiadoras en soluciones diluidas
((Figura\(\PageIndex{1}\))). Estas sustancias suelen ser alquilbenceno-sulfonatos, una familia de compuestos que son similares al jabón pero son más solubles en agua dura, debido a que el sulfonato polar (de detergentes) es menos probable que el carboxilato polar (de jabón) se una al calcio y otros iones que se encuentran en agua.
En contextos domésticos, el término detergente por sí mismo se refiere específicamente al detergente para ropa o detergente para platos, a diferencia del jabón de manos u otro tipo de agentes de limpieza. Los detergentes están comúnmente disponibles como polvos o soluciones concentradas. Los detergentes, como los jabones, funcionan porque son anfifílicos: en parte hidrófilos (polares) y en parte hidrófobos (no polares). Su naturaleza dual facilita la mezcla de compuestos hidrófobos (como aceite y grasa) con agua. Debido a que el aire no es hidrófilo, los detergentes también son agentes espumantes en diversos grados.
Los detergentes se clasifican en tres amplias agrupaciones, dependiendo de la carga eléctrica de los surfactantes.
Detergentes aniónicos
Los detergentes aniónicos típicos son los alquilbencenosulfonatos (ABS). La porción de alquilbenceno de estos aniones es lipófila y el sulfonato es hidrófilo. Se estima que anualmente se producen 6 mil millones de kilogramos de detergentes aniónicos para los mercados nacionales. Se han popularizado dos variedades diferentes, aquellas con grupos alquilo ramificados y aquellas con grupos alquilo lineales (ver Figura\(\PageIndex{2}\)).
Alquilbencenosulfonatos ramificados: no biodegradables
Los alquilbencenosulfonatos ramificados (BAS) se introdujeron por primera vez a principios de la década de 1930 y experimentaron un crecimiento significativo desde finales de la década de 1940 en adelante, [3] en la literatura temprana estos detergentes sintéticos a menudo se abrevian como sindets.
En comparación con los jabones tradicionales BAS ofreció una tolerancia superior al agua dura y una mejor formación de espuma. [5] Sin embargo, la cola altamente ramificada dificultó la biodegradabilidad. [6] El BAS fue ampliamente culpado por la formación de grandes extensiones de espuma estable en áreas de descarga de aguas residuales como lagos, ríos y áreas costeras (espumas marinas), así como problemas de formación de espuma encontrados en el tratamiento de aguas residuales [7] y contaminación del agua potable. [8] Como tal, el BAS se eliminó gradualmente de la mayoría de los productos detergentes durante la década de 1960, siendo reemplazado por alquilbencenosulfonatos lineales (LAS). Sigue siendo importante en ciertas aplicaciones agroquímicas e industriales, donde la biodegradabilidad rápida es de menor importancia.
Alquilbencenosulfonatos lineales: Biodegradables
Los alquilbencenosulfonatos lineales (LAS) se preparan industrialmente mediante la sulfonación de alquilbencenos lineales (LAB), los cuales pueden prepararse de varias maneras. [2] El término “lineal” se refiere a los alquenos iniciales más que al producto final. El compuesto se biodegrada mucho más rápido que BAS, lo que lo convierte en la opción más segura con el tiempo Se biodegrada rápidamente en condiciones aeróbicas con una vida media de aproximadamente 1—3 semanas. En condiciones anaeróbicas se degrada muy lentamente o nada, provocando que exista en altas concentraciones en lodos de aguas residuales, pero esto no se piensa que sea motivo de preocupación ya que se degradará rápidamente una vez regresado a un ambiente oxigenado.
Detergentes catiónicos
Los detergentes catiónicos son similares a los aniónicos, con un componente hidrófilo, pero, en lugar del grupo sulfonato aniónico, los tensioactivos catiónicos tienen amonio cuaternario como extremo polar. El centro de sulfato amónico está cargado positivamente. [3]
Detergentes no iónicos e iónicos zwitter
Los detergentes no iónicos se caracterizan por sus grupos de cabeza hidrofílicos no cargados. Los detergentes no iónicos típicos se basan en polioxietileno o un glucósido. Los ejemplos comunes de los primeros incluyen Tween, Triton y la serie Brij. Estos materiales también se conocen como etoxilatos o pegilatos y sus metabolitos, nonilfenol. Los glucósidos tienen un azúcar como su grupo principal hidrofílico sin carga. Los ejemplos incluyen octil tioglucósido y maltósidos. Los detergentes de las series HEGA y MEGA son similares, poseyendo un alcohol de azúcar como grupo principal.
Los detergentes zwitteriónicos poseen una carga neta cero derivada de la presencia de números iguales de grupos químicos cargados +1 y −1. Los ejemplos incluyen CHAPS. CHAPS es una abreviatura de 3- [(3- ch olamidopropil) dimetil a mmonio] -1- p ropane s ulfonato.
Detergente para ropa
El detergente para ropa, o detergente en polvo, es un tipo de detergente (agente de limpieza) que se utiliza para limpiar la ropa. El detergente para ropa se fabrica en forma de polvo y líquido.
Si bien los detergentes en polvo y líquidos tienen aproximadamente la misma participación del mercado mundial de detergentes para ropa en términos de valor, los detergentes en polvo se venden el doble en comparación con los líquidos en términos de volumen. [1]
Componentes
Los detergentes para ropa pueden contener coadyuvantes (50% en peso, aproximadamente), tensioactivos (15%), lejía (7%), enzimas (2%), agentes antideposición de suciedad, reguladores de espuma, inhibidores de corrosión, abrillantadores ópticos, inhibidores de transferencia de colorantes, fragancias, colorantes, rellenos y adyuvantes de formulación. [4]
Constructores
Los constructores (también llamados agentes quelantes o secuestrantes) son ablandadores de agua. El agua dura contiene calcio, magnesio y cationes metálicos (principalmente, hierro, cobre y manganeso). Estos cationes reaccionan con aniones surfactantes para formar compuestos insolubles (jabones metálicos o de cal) que precipitan sobre telas y lavadoras y que son difíciles de eliminar. Los constructores eliminan los iones de agua dura a través de precipitación, quelación o intercambio iónico. Además, ayudan a eliminar la tierra por dispersión. En la mayoría de las regiones europeas, el agua es dura. En Norteamérica, Brasil y Japón, el agua es comparativamente blanda.
Los primeros constructores fueron carbonato de sodio (sosa de lavado) y silicato de sodio (vidrio soluble). Desde la década de 1930, se introdujeron fosfatos (fosfatos de sodio) y polifosfatos (hexametafosfato de sodio), continuando con la introducción de fosfonatos (HEDP, ATMP, EDTMP). Actualmente se sabe que estos agentes tienen graves consecuencias ambientales que conducen a un impulso hacia agentes libres de fósforo más benignos para el medio ambiente, como policarboxilatos (EDTA, NTA), citratos (citrato trisódico), silicatos (silicato de sodio), ácido glucónico y ácido poliacrílico; o agentes de intercambio iónico como zeolitas.
Tensioactivos
Los surfactantes son responsables de la mayor parte del rendimiento de limpieza en el detergente para ropa. Proporcionan esto por absorción y emulsificación del suelo en el agua y también al reducir la tensión superficial del agua para mejorar la humectación.
Los detergentes para ropa contienen principalmente tensioactivos aniónicos y no iónicos. Los tensioactivos catiónicos son normalmente incompatibles con los detergentes aniónicos y tienen poca eficiencia de limpieza; se emplean solo para ciertos efectos especiales, como suavizantes de telas, agentes antiestáticos y biocidas. Los tensioactivos zwitteriónicos rara vez se emplean en detergentes para ropa, principalmente por razones de costo. La mayoría de los detergentes utilizan una combinación de varios tensioactivos para equilibrar su rendimiento.
Bleaches
A pesar del nombre, los blanqueadores de lavandería modernos no incluyen lejía doméstica (hipoclorito de sodio). Los blanqueadores de lavandería son típicamente aductos estables de peróxido de hidrógeno, como el perborato de sodio y el percarbonato de sodio, estos son inactivos como sólidos pero liberarán peróxido de hidrógeno tras la exposición al agua. Los principales objetivos de los blanqueadores son las manchas orgánicas oxidables, que suelen ser de origen vegetal (por ejemplo, clorofila, colorantes de antocianina, taninos, ácidos húmicos y pigmentos carotenoides). El peróxido de hidrógeno es insuficientemente activo como blanqueador a temperatura inferior a 60°C, lo que tradicionalmente hacía que los lavados calientes fueran la norma. El desarrollo de activadores de lejía en las décadas de 1970 y 80 permitió que las temperaturas de lavado más frías fueran efectivas. Estos compuestos, como la tetraacetiletilendiamina (TAED), reaccionan con peróxido de hidrógeno para producir ácido peracético, que es un blanqueador aún más efectivo, particularmente a temperaturas más bajas.
Enzimas
El uso de enzimas para la colada fue introducido en 1913 por Otto Rohm. La primera preparación fue un extracto pancreático obtenido de animales sacrificados, el cual fue inestable frente a álcalis y lejía. Solo en la última parte del siglo con la disponibilidad de enzimas bacterianas térmicamente robustas, esta tecnología se convirtió en corriente principal.
Se requieren enzimas para degradar manchas obstinadas compuestas por proteínas (leche, cacao, sangre, yema de huevo, pasto), grasas (chocolate, grasas, aceites), almidón (manchas de harina y papa) y celulosa (fibrillas de algodón dañadas, manchas de vegetales y frutas). Cada tipo de tinción requiere un tipo diferente de enzima: proteasas (savinasa) para proteínas, lipasas para grasas, α-amilasas para carbohidratos y celulasas para celulosa.
Otros ingredientes
Muchos otros ingredientes se agregan dependiendo de las circunstancias esperadas de uso. Dichos aditivos modifican las propiedades espumantes del producto estabilizando o contrarrestando la espuma. Otros ingredientes aumentan o disminuyen la viscosidad de la solución, o solubilizan otros ingredientes. Los inhibidores de corrosión contrarrestan el daño a los equipos de lavado. Los “inhibidores de transferencia de tintes” evitan que los tintes de un artículo coloren otros artículos. Los “agentes antirredeposición” como la carboximetilcelulosa se utilizan para evitar que las partículas finas de suciedad se vuelvan a unir al producto que se limpia.
Varios ingredientes afectan las propiedades estéticas del artículo a limpiar o al propio detergente antes o durante el uso. Estos agentes incluyen abrillantadores ópticos, suavizantes de telas y colorantes. Una variedad de perfumes también son componentes de los detergentes modernos, siempre que sean compatibles con los demás componentes y no afecten el color del artículo limpiado. Los perfumes son típicamente una mezcla de muchos compuestos, las clases comunes incluyen alcoholes terpénicos (citronelol, geraniol, linalol, nerol) y sus ésteres (acetato de linalilo), aldehídos aromáticos (helional, hexil cinamaldehído, lilial) y almizcle sintético (galaxólido).
Detergentes para Lavavajillas
El líquido para lavar platos (o líquido de lavado en inglés británico), también conocido como jabón para lavar platos, detergente para platos y jabón para platos, es un detergente que se usa para ayudar en el lavado de platos. Por lo general, es una mezcla altamente espumante de tensioactivos con baja irritación de la piel, y se usa principalmente para lavar a mano vasos, platos, cubiertos y utensilios de cocina en un fregadero o tazón. Además de su uso primario, el líquido para lavar platos también tiene diversas aplicaciones informales, como para crear burbujas, lavar ropa y limpiar aves afectadas por el aceite.
El lavado de platos a mano generalmente se realiza en ausencia de una máquina lavavajillas, cuando están presentes artículos grandes “difíciles de limpiar”, o por preferencia. Algunos líquidos para lavar platos pueden dañar la plata doméstica, la cristalería fina, cualquier cosa con pan de oro, plásticos desechables y cualquier objeto hecho de latón, bronce, hierro fundido, peltre, estaño o madera, especialmente cuando se combina con agua caliente y la acción de un lavavajillas. Cuando se utiliza líquido para lavar platos sobre dichos objetos se pretende que se laven a mano.
Los detergentes para lavar platos a mano utilizan tensioactivos para desempeñar el papel principal en la limpieza. La tensión superficial reducida del agua para lavar platos, y la creciente solubilidad de las mezclas modernas de surfactantes, permite que el agua se escurra de los platos en un estante para platos muy rápidamente. Sin embargo, la mayoría de la gente también enjuaga los platos con agua pura para asegurarse de deshacerse de cualquier residuo de jabón que pueda afectar el sabor de los alimentos.
El líquido para lavar platos puede ser irritante de la piel y causar eccema de manos. A los que tienen “piel sensible” se les aconseja entre otras cosas que persuadan a otra persona para que haga el lavado.
El detergente para lavavajillas es un detergente hecho para lavar platos en un lavavajillas. El detergente para lavavajillas es diferente del líquido para lavar platos hecho para lavar los platos a mano.
Al usar un lavavajillas, el usuario debe seleccionar un detergente especial para su uso. Todos los detergentes están diseñados para su uso después de que el usuario raspe los alimentos sobrantes de los platos antes de lavarlos. Para funcionar, el usuario coloca los platos en el lavavajillas de tal manera que la superficie de todos los platos esté abierta al flujo de agua.
La mayoría de los detergentes para lavavajillas son incompatibles para su uso con plata, latón, hierro fundido, bronce, aluminio, peltre y hoja de oro. También pueden dañar el plástico desechable, cualquier cosa de madera, cuchillos con asas huecas y cristalería fina.
Los detergentes para lavavajillas se fabrican y comercializan de diversas maneras como cartuchos, gel, líquidos, pacs, polvo y tabletas. Cualquier líquido para lavar platos puede contener lejía, enzimas o auxiliares de enjuague. Algunos detergentes para lavavajillas pueden ser caseros, utilizando ingredientes como bórax, aceite esencial, aceite de eucalipto y jabón en barra rallada, entre otros.
Los detergentes para lavavajillas pueden formularse para funcionar bajo diferentes circunstancias. En algunos casos adecuadamente formulados pueden ser utilizados con agua fría o agua de mar, aunque generalmente no funcionarán tan bien como los destinados a, y utilizados con, agua caliente.
Diferentes tipos de detergente para lavavajillas contienen diferentes combinaciones de ingredientes. Los ingredientes comunes incluyen:
- Fosfatos: Se unen iones de calcio y magnesio para evitar depósitos de cal tipo “agua dura”. Pueden causar daños ecológicos, y han sido parcialmente prohibidos o retirados gradualmente.
- Agentes blanqueadores a base de oxígeno (los polvos y líquidos de estilo antiguo contienen agentes blanqueadores a base de cloro): Descomponer y blanquear depósitos orgánicos.
- Tensioactivos no iónicos: Disminuye la tensión superficial del agua, emulsiona los depósitos de alimentos de aceite, lípidos y grasas, evita la aparición de manchas de gotas al secarse.
- Sales alcalinas: Estas son un componente principal en polvos detergentes para lavavajillas antiguos y originales [cita necesaria]. Las sales altamente alcalinas atacan y disuelven la grasa, pero son extremadamente corrosivas (fatales) si se ingieren. Las sales utilizadas pueden incluir metasilicatos, hidróxidos de metales alcalinos, carbonato de sodio, etc.
- Enzimas: Descomponen los depósitos de alimentos a base de proteínas, y posiblemente los depósitos de aceite, lípidos y grasa. Las enzimas utilizadas son similares a las utilizadas en la lavandería.
- Agente (s) anticorrosión: A menudo silicato de sodio, esto evita la corrosión de los componentes del lavavajillas. [cita necesaria]
El detergente para lavavajillas también puede contener: [cita necesaria]
- Agentes antiespumantes: [cita necesaria] La espuma interfiere con la acción de lavado. La espuma puede afectar el funcionamiento de los sensores de nivel de agua de la máquina y filtrará más allá de los sellos de las puertas
- Aditivos para ralentizar la eliminación de esmaltes y patrones de cerámica vidriada
- Perfumes
- Antiapelmazantes (en detergente granular)
- Almidones (en detergentes a base de tabletas)
- Agentes gelificantes (en detergentes a base de líquido/gel)
- Arena (detergentes en polvo económicos)
Los detergentes para lavavajillas son generalmente fuertemente alcalinos (básicos).
Los polvos económicos pueden contener arena. Dichos detergentes pueden dañar los platos y el lavavajillas. Los detergentes en polvo son más propensos a causar decoloración en los patrones de porcelana.
Además de los detergentes de estilo antiguo para lavavajillas, también existen detergentes biodegradables para lavavajillas. Estos detergentes pueden ser más respetuosos con el medio ambiente que los detergentes convencionales.
Reader's Digest señala su uso como asesino de hormigas, herbicida, para ayudar a esparcir fertilizantes a base de agua y para lavar el cabello humano. Good Housekeeping dice que se puede usar mezclado con vinagre para atraer y ahogar a las moscas de la fruta. El detergente para lavavajillas se ha utilizado para limpiar espejos y ventanas.
- Pling, un limpiador de uso general de código abierto para superficies de baño y cocina acristaladas, plásticas, cromadas e inox, publicado por Twibright Labs, utiliza líquido para lavar platos como uno de los ingredientes activos.
- El líquido para lavar platos se puede mezclar con agua e ingredientes adicionales como glicerina y azúcar para producir una solución que sopla burbujas.
- El líquido para lavar platos puede usarse para limpiar telas delicadas de ropa como medias y lencería.
- El líquido para lavar platos se recomienda frecuentemente en una solución diluida para que las calcomanías y gráficos de vinilo sean más fáciles de colocar al aplicar.
- En la industria, el líquido para lavar platos también se usa para inspeccionar equipos presurizados en busca de fugas, como accesorios de propano. Se utiliza para inspeccionar llantas neumáticas en busca de pisos, así como para garantizar la calidad durante el proceso de instalación, y como lubricante para el cordón de montaje.
- El líquido para lavar platos tiene usos como ingrediente en la fabricación de disuasivos caseros de plagas de jardín. El Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Oregón señala el uso de líquido para lavar platos para deshacerse de las spidermitas. El jabón para platos también se ha utilizado para disuadir a los pulgones. En algunos casos, el jabón para platos puede ser tóxico para plantar hojas y hacer que se “quemen”. El servicio de extensión de la Universidad de Georgia señala el uso de jabón o detergente para platos para ayudar a esparcir pesticidas en las plantas, pero no se recomienda.
- Se puede usar una solución de líquido para lavar platos y agua para eliminar manchas de café, té, aceite de oliva, refresco y jugo de frutas de las telas. Se ha utilizado una marca de líquido para lavar platos para eliminar manchas de servilletas de tela blancas o de colores claros.
- El líquido para lavar platos se ha utilizado para tratar aves afectadas por derrames de petróleo. Después del derrame de petróleo de Exxon Valdez en 1989, el Centro Internacional de Investigación de Rescate de Aves recibió cientos de cajas de líquido para lavar platos que se utilizaron para este propósito. Se donó más líquido lavavajillas durante el derrame de petróleo de Deepwater Horizon al Centro Internacional de Investigación de Rescate de Aves y al Centro de Mamíferos Marinos.
Preocupaciones ambientales
Los fosfatos en detergentes se convirtieron en una preocupación ambiental en la década de 1950 y el tema de prohibiciones en años posteriores. [8] Los fosfatos hacen que la ropa sea más limpia pero también causan eutrofización, particularmente con un tratamiento deficiente de las aguas residuales. [9]
Un estudio académico reciente de productos de lavandería perfumados encontró “más de 25 COV emitidos por las rejillas de ventilación de la secadora, con las concentraciones más altas de acetaldehído, acetona y etanol. Siete de estos COV están clasificados como contaminantes peligrosos del aire (HAP) y dos como HAP cancerígenos (acetaldehído y benceno)”. [10]
La Directiva CEE 73/404/CEE estipula una biodegradabilidad promedio de al menos 90% para todo tipo de surfactantes utilizados en detergentes. El contenido de fosfato de los detergentes está regulado en muchos países, por ejemplo, Austria, Alemania, Italia, Países Bajos, Noruega, Suecia, Suiza, Estados Unidos, Canadá y Japón.
Resumen
- Los detergentes se clasifican en detergentes aniónicos, catiónicos y no iónicos y detergentes zwitteriónicos basados en la carga eléctrica de los tensioactivos.
- Las variaciones en las formulaciones detergentes se basan en su uso final (es decir, lavandería o para utensilios de cocina).
- Los fosfatos hacen que la ropa sea más limpia pero también causan eutrofización, particularmente con un tratamiento deficiente de las aguas residuales. [9]
ntributores y atribuciones
- Wikipedia