Processos Químicos Industriais 2 - Indústria do Detergente

Processos Químicos Industriais 2 - Indústria do Detergente

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Processos Químicos Industriais I Apostila 6

Prof.a. Heizir F. de Castro

Detergentes

1. Ação dos Agentes Tensoativos3
1. Ação dos Agentes Tensoativos3
2. Tensoativos Sintéticos5
3. Classificação dos Tensoativos5
4. Compatibilidade dos Tensoativos7
5. Componentes dos Detergentes7
6. Produção Industrial de Detergentes em Pó10
7. Detergentes em Pó no Brasil10
8. Detergentes Enzimáticos1
9. Tipos de Enzimas Empregadas nos Detergentes12
10. Tipos de Enzimas Fornecidas Comercialmente12
1. Sabão13
12. Processo de Fabricação de Sabão14
13. Tratamentos Posteriores16

Detergentes

1. Ação dos Agentes Tensoativos

Entre todos os agentes molhantes e lavantes conhecidos, o mais antigo e o mais utilizado é a água. Entretanto, como agente de limpeza é deficiente, pois a água tende a se aglomerar formando gotas esféricas. Este fenômeno conhecido como tensão superficial pode ser entendido como, a força que está sujeita a água na superfície de um líquido (força que impede a miscibilidade entre a água e o ar). A tensão superficial da água é de 72 dinas/cm (20oC). Para que ocorra seu perfeito espalhamento sobre a superfície, é necessário reduzir sua tensão superficial a valores entre 30 a 40 dinas/cm. O agente capaz de promover este tipo de modificação na tensão superficial da água é denominado de tensoativo e é o principal componente dos detergentes comercialmente conhecidos. Na Tabela 1, pode-se observar a redução da tensão superficial da água, devido a pequenas adições de um tipo de tensoativo.

Tabela 1. Redução da tensão superficial da água, em função da quantidade empregada de um determinado tensoativo (nonil fenol etoxilado).

Concentração do tensoativo adicionado.(%) Tensão superficial (dinas/cm)

Como pode ser observado, mesmo em concentrações baixíssimas, os tensoativos reduzem de forma apreciável, a tensão superficial da água. Isto se deve a elevada afinidade desse tipo de agente com as interfaces, ou seja, tendem a se absorver nas interfaces, ou seja, nesse caso particular, na interface líquido/gás. Os agentes tensoativos também atuam entre outros tipos de interfaces, como por exemplo, líquido/ líquido ou mesmo, líquido/sólido.

O conceito moderno de agentes tensoativos, ou surfactantes inclui os sabões, os detergentes, os emulsificadores, os agentes umectantes e os agentes penetrantes. Esta atividade de modificar as propriedades de uma camada superficial que separa duas fases em contato está relacionada com a estrutura dos tensoativos que possuem na mesma molécula uma parte polar, solúvel em água (hidrofílica) e uma parte não polar, insolúvel em água (hidrofóbica).

Detergentes

Portanto, os tensoativos são compostos constituídos de uma longa cadeia carbônica, sensivelmente insolúvel em água (hidrofóbica), porém solúvel em óleos e gorduras, acompanhadas de um maior ou menor grupo de átomos com poderosa atração pela água.

Na superfície do líquido, a parte hidrofílica da substância tensoativa adere as moléculas da água, quebrando suas atrações intra-moleculares, reduzindo desta forma, a tensão superficial. Neste momento, a estrutura esférica da gota de água entra em colapso, expandindo a área de contato com a superfície. Como resultado, ocorre um emudecimento mais efetivo. Além de solucionar o problema de tensão superficial, os tensoativos exercem outras funções muito importantes na lavagem, como por exemplo:

Detergentes por definição são substâncias inorgânicas ou orgânicas que apresentam a propriedade de reduzir a tensão superficial da água, favorecendo o seu espalhamento e emudecimento das superfícies, promovendo um contato mais íntimo entre a água e o objeto a ser limpo.

Através dos séculos realizaram-se várias tentativas no sentido de auxiliar a água em sua função detergente. Os primeiros processos que se tem notícia, baseados no atrito, empregavam argilas e cinzas. Dos tensoativos conhecidos, o sabão foi o primeiro a ser produzido comercialmente. O sabão, cuja época e local exato de aparecimento são ignorados, é o marco de entrada no campo dos detergentes. As matérias primas para sua manufatura eram substâncias alcalinas (obtidas das cinzas de plantas) e gorduras animais. A arte secular de fabricar sabão somente recebeu impulso definitivo quando da descoberta do processo Leblanc de fabricação de soda em 1790. Esse processo libertou os saboeiros do uso de cinzas de barrilha (planta mediterrânea cujas as cinzas são ricas em óxidos alcalinos) simplificando os métodos, melhorando a qualidade e aumentando a produção.

A utilização industrial da hidrogenação dos óleos vegetais (1914) permitiu obter sabões de consistência controlada expandindo ainda mais o mercado consumidor.Atualmente, a dosagem adequada de gorduras animais e vegetais aliada aos processos modernos de fabricação permite obter sabões de características totalmente definidas e elevada qualidade.

Deve ser ressaltado, que existem diferenças significativas nos processos usados para fabricar os detergentes e sabões, e também diferenças marcantes de composição química que provocam diferenças de atuação.

Os sabões dão precipitados e, por isso, não são eficientes em presença de águas duras ou ácidas, ao contrário dos detergentes. Além disso, embora as composições dos sabões comuns

Detergentes

para efetuar uma ação particular durante a limpeza

sejam variáveis, em essência são apenas sais de sódio e de potássio de diversos ácidos graxos. Por outro lado, os detergentes são misturas muito complexas de várias substâncias cada qual escolhida

2. Tensoativos Sintéticos

A origem dos tensoativos sintéticos pode ser identificada no início do século, em função do aumento da população e a demanda do uso alimentar dos óleos e gorduras bem como, o desenvolvimento de outros setores industriais dependentes dessas matérias-primas.

O primeiro tensoativo sintético foi produzido na Alemanha em 1916, a partir do naftaleno, álcool isopropílico e ácido sulfúrico. Apesar de reduzir a tensão superficial da água, sua ação como agente de limpeza foi bastante insatisfatória.

Foi somente no período da 2a Guerra Mundial com o agravamento da disponibilidade das matérias primas tradicionais que um novo impulso foi dado nas pesquisas para o desenvolvimento dos tensoativos sintéticos. Desta forma, no início da década de 50 e com a síntese do alquilbenzeno, tornou-se possível à obtenção do primeiro tensoativo sintético eficiente o Alquilbenzeno Sulfonato de Sódio (ABS), produzido a partir da reação do alquilbenzeno com ácido sulfúrico e soda.

A aplicação do ABS cresceu no mercado como produto alternativo do sabão na lavagem de tecidos e artigos domésticos, sendo até hoje um dos mais usados. Recentemente, entretanto, esse tipo de material com uma cadeia lateral ramificada, foi reconhecido como um agente altamente poluidor dos rios. Novas pesquisas foram conduzidas, levando ao desenvolvimento dos chamados tensoativos biodegradáveis (compostos químicos que podem ser degradados por ação de microorganismos). Como exemplo de tensoativo biodegradável, pode ser citado o próprio ABS com estrutura química modificada (cadeia lateral linear).

3. Classificação dos Tensoativos

Conforme mencionado anteriormente, os agentes tensoativos tem grupos hidrofílicos numa extremidade da molécula e de grupos hidrofóbicos na outra extremidade. Na grande maioria dos casos, a parte hidrofóbica é uma cadeia de hidrocarboneto com 8 a 18 átomos de carbono, linear ou ligeiramente ramificada. Em outros casos é possível que um anel benzênico substitua alguns átomos da cadeia. O grupo hidrofílico funcional pode variar amplamente, podendo ser aniônicos, catiônicos, não iônicos e dipolares.

São tensoativos cuja parte hidrofílica da molécula é carregada negativamente (ânion). Devido ao volume utilizado mundialmente, é a categoria mais importante dos tensoativos, sendo o

Detergentes alquilbenzeno de sódio e o dodecilbenzeno sulfonado de sódio ou cálcio os normalmente empregados nos detergentes. O sabão comum também tem caráter aniônico.

Detergentes

São tensoativos cuja parte hidrofílica da molécula é carregada positivamente (catíon). O principal uso desse tipo de tensoativo é na fabricação de amaciantes, germicidas e emulsificantes específicos. Os tipos mais empregados são os sais quaternários de amônio.

São tensoativos em cuja molécula não existe a parte iônica mais polar que a outra propiciando a afinidade com água (não são dissociados em solução aquosa). Em geral são produzidos através da condensação de óxidos de etileno com álcoois, fenóis, ácidos e aminas. Suas propriedades variam de acordo com a natureza do produto básico e com a quantidade de óxidos de etileno condensados, entretanto são geralmente pouco espumantes. Comercialmente, os mais usados são os alquil etoxilados e os alquil fenólicos etoxilados. São mais empregados na formulação de detergentes em pó e líquidos, na maioria das vezes em conjunto com os aniônicos. É interessante destacar que a ação detergente da mistura de dois tensoativos é superior a soma das ações tensoativas individuais (sinergismo). Este fato é aproveitado para que, através de combinações adequadas, características desejáveis como, detergência e/ou espuma sejam alcançadas.

São compostos cujas estruturas moleculares apresentam grupamento ácido e básico. Estes tipos de compostos podem ter comportamento aniônico ou catiônico, dependendo do meio que estão presentes. Não são comercialmente importantes.

4. Compatibilidade dos Tensoativos

A mistura de soluções de tensoativos aniônicos e de tensoativos catiônicos conduz, quase sempre, `a formação de material insolúvel. Isto se deve à reação desses dois tipos de tensoativos, formando sais insolúveis. Em alguns casos muito especiais, podem ser obtidas misturas aniônicas/catiônicas solúveis. Para isto, é necessário empregar alguns artifícios, tais como o uso de excesso de um dos tensoativos ou o uso de um terceiro tensoativo. As misturas aniônico/ não iônico e catiônico/ não iônico são compatíveis.

5. Componentes dos Detergentes

Nos últimos 30 anos, os detergentes domésticos, dos mais destacados países industriais, experimentaram um rápido desenvolvimento e mudaram de composição consideravelmente. Além dos tensoativos que desempenharam um grande papel neste desenvolvimento, a inclusão de diversos

Detergentes aditivos contribuíram substancialmente para aumentar desempenho dos detergentes, inclusive de seu poder de alvejamento.

Em geral, além dos tensoativos, os detergentes podem conter os seguintes aditivos:

Agentes modificadores de espuma

Embora a espuma não seja essencial para a comprovação da eficiência de um detergente, muitos produtos têm sua ação aumentada devido à espuma. Além disso, a presença de espuma é muitas vezes tomada como indicação da existência do detergente na água de lavagem. Por isso, um produto bem formulado deve ter uma espuma firme que desapareça juntamente com o detergente na lavagem. Outro ponto importante é relacionado com o uso do detergente em máquinas de lavar, produtos que formam grande quantidade de espuma podem causar transbordamento ou a necessidade de reduzir a carga, diminuindo a produtividade do equipamento. Neste caso, a formulação deve procurar reduzir a espuma sem, entretanto afetar a detergência do produto.

Agentes coadjuvantes

Os detergentes sintéticos puros não são muito eficientes para remover sujeira argilosa. Para corrigir este inconveniente, bem como fornecer um pH adequado da água e anular a presença de íons metálicos (cálcio, ferro, cobre etc..) adiciona-se certos sais alcalinos como, por exemplo: tripolifosfato de sódio, fosfato trissódico, pirofosfato de sódio, carbonato de sódio.

Deve ser enfatizado, que existe uma tendência atual para formulações de detergentes contendo níveis mais baixos de fosfatos, em função dos efeitos adversos causados por esses compostos ao meio ambiente. A substituição completa dos fosfatos por outro componente ainda não foi viabilizada, pois os produtos alternativos testados apresentam custos mais elevados e menor eficiência.

Detergentes

Agentes removedores de manchas

Os agentes removedores de manchas podem agir por oxidação, redução ou ação enzimática. Entre esses, o mais empregado diretamente em fórmulas específicas com ação alvejante é o perborato de sódio, que em solução aquosa fornece peróxido de hidrogênio. Atualmente existe uma tendência da inclusão de diversos tipos de enzimas (proteases, lipases, amilases e celulases) na formulação dos detergentes.

Agentes de suspensão

São compostos que evitam a reposição da sujeira no tecido ou mesmo evitam que a sujeira removida de uma peça seja transferida para as demais. Isto pode ser alcançado através do uso de estabilizantes coloidais, como por exemplo, os derivados de celulose (sal sódico de carboxi-metilcelulose, hidroetilcelulose, metilcelulose). Em geral, a quantidade desses derivados de celulose na formulação de detergentes depende do grau de polimerização e do grau de substituição da molécula.

Silicatos

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