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Editor: Editorial de la Universidad de Granada
Autor: Deisi Altmajer Vaz
D.L.: Gr. 75- 2005ISBN: 84-338-3743-5
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FORMULACIONES DETERGENTES BIODEGRADABLES: ENSAYOS DE LAVADO
Memoria que presenta la Ingeniera Qumica Deisi Altmajer Vaz paraaspirar el Grado de Doctor en
Ingeniera Qumica.
Granada, Septiembre de 2004.
Fdo. Deisi Altmajer Vaz
Da ENCARNACIN JURADO ALAMEDA, Catedrtica de Ingeniera Qumica yDirectora delDepartamento del mismo nombre
CERTIFICA:Que el presente trabajo sobre FormulacionesDetergentes Biodegradables: Ensayos de Lavado
ha sido realizado en este Departamento bajo la direccin de laDra. Encarnacin Jurado Alameda, Dr. Vicente
Bravo Rodrguez y de la Dra. Josefa Nez Olea por la IngenieraQumica Deisi Altmajer Vaz para aspirar el
grado de Doctor en Ingeniera Qumica.
Fdo. Encarnacin Jurado Alameda
LOS DIRECTORES DE LA TESIS
Fdo. Encarnacin Jurado Alameda Fdo. Vicente BravoRodrguezCatedrtica de Ingeniera Qumica Catedrtico de IngenieraQumica
Fdo. Josefa Nez Olea
Profesora Asociada de Ingeniera Qumica
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Agradecimientos
Agradezco a mis directores de tesis, Da. Encarnacin JuradoAlameda, Da. Josefa Nez
Olea y a D. Vicente Bravo Rodrguez por todo el apoyo, dedicacine inters dispensados en
la realizacin de este trabajo. Agradezco su buena voluntad alaceptarme como alumna
antes incluso de conocerme.
A todos los miembros del Departamento de Ingeniera Qumica yespecial a D. Rafael Bailn
Moreno por ser una persona brillante, llena de entusiasmo eideas. Gracias por su
aportacin en el desarrollo de esta investigacin.
A la profesora Selene M. A. U. Souza por su dedicacin e ilusinpor la investigacin, as
como por estar disponible en todas las ocasiones en que henecesitado su ayuda.
A la Agencia Espaola de Cooperacin Internacional (AECI/Espaa) ya la Comissao de
Aperfeioamento Tcnico de Pessoal de Nvel Superior (CAPES/Brasil)por proporcionarme
los medios econmicos que hicieron posible la realizacin de estetrabajo.
A mi madre, Krystyna Altmajer Vaz, a mi hermano, Tulio LeandroAltmajer Vaz y esposa, porsus ejemplos de vida, adems del amor yestimulo ofrecidos constantemente.
A Miguel Garca Roman por el compaerismo, comprensin y otrostantos gestos que me
han dado fuerza para seguir el camino.
A Manuela Lechuga Villena, Nadia Sabahi y Alejandro FernndezArteaga por el cario, las
sonrisas cargadas de nimo y la amistad.
A todas las personas que forman parte de mi vida, que transmitenvalores e ideas y quecontribuyen para formar a la persona que yosoy.
Y como no podra dejar de decir... A Dios, por habermeproporcionado muchas
oportunidades y haberme rodeado de personas increbles, perosobre todo por haber hecho
posible das como ayer, hoy y ojal, maana.
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RESUMEN
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tambin ha sido investigado en presencia de baos de lavado condistintos valores de
dureza clcica.
En los ensayos de lavado realizados con el tensioactivo BerolLFG61 y el cido
oleico como suciedad, modificando el caudal de circulacin y lasvariables de operacin, se
ha verificado que la concentracin de suciedad y la temperaturaejercen un papel
predominante sobre el lavado, siendo menor la importancia de laconcentracin de
tensioactivo. Los datos experimentales muestran que tanto elaumento de temperatura como
el de concentracin de suciedad conllevan a un aumento en ladetergencia, pudiendo ser
ajustados a funciones polinmicas de segundo grado.
En los ensayos de lavado en que se utiliz Berol LFG61 comotensioactivo y la
suciedad compuesta por la mezcla de Edenor y cido oleico(24:76), se ha comprobado quelas tres variables ensayadas(temperatura, concentracin de suciedad y de tensioactivo)
afectan de forma significativa a la eficacia detersiva,obtenindose expresiones polinmicas
de segundo grado.
Los resultados muestran que a temperaturas de lavado ligeramenteinferiores al
punto de fusin de la suciedad grasa (40C), la detergenciaaumenta con la concentracin
de suciedad y de tensioactivo utilizado. Cuando la suciedad sehace lquida, se consigue
una mayor eficacia de lavado utilizando bajas concentraciones detensioactivo y altas
temperaturas. La mxima eficacia de lavado se consigue o bien conbajas temperaturas y
concentraciones de tensioactivo altas o altas temperaturas yconcentraciones bajas de
tensioactivo.
Al comparar los resultados obtenidos utilizando el cido oleicocomo suciedad con
los alcanzados con la mezcla Edenor y cido oleico se observ quela influencia de la
concentracin de la mezcla Edenor y cido oleico (diseo EDO1)sobre la detergencia es
menos acusada que la verificada para el cido oleico (DiseoAO30), lo que pone de
manifiesto que el arrastre de la suciedad provocado por elcaudal de recirculacin es menorpara la grasa semislida.
Con respecto al efecto de los agentes secuestrantes de iones,Cellesh 100 y Cellesh
200, C1 y C2, se ha demostrado que a medida que se incrementanlas concentraciones de
iones calcio en el bao de lavado, se requiere una mayorconcentracin de estos productos
para obtener valores adecuados de detergencia. Asimismo, en losensayos de lavado
realizados en presencia de tensioactivos se ha comprobado queuna concentracin de 0.25
g/L del polmero acrlico Cellesh 100 es suficiente parasecuestrar los iones calcio presentes
en el bao de lavado (132 a 600 mg/L CaCO3), siendo prescindibleel Cellesh 200. Los
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RESUMEN
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La utilizacin de un segundo modelo cintico de lavado en que seconsidera que el proceso
detersivo es el resultado del equilibrio que se establece entrela suciedad adherida al
sustrato (S1), bao de lavado (BL) y dems superficies deldispositivo BSF (S2)
2S
'
1k
'
2k
BL
2k
1
k
S1
permite modelar el proceso detersivo en todo el intervalo detiempo estudiado (0 a 10 min.),
reproduciendo adecuadamente los resultados experimentales paralos dos tensioactivos
ensayados Glucopon 650 y Findet 1214N/23, as como losexperimentos realizados con
agua destilada.
En cuanto a la utilizacin de la enzima Lipolase 100L, se haobservado que, para
concentraciones de 0.1 y 0.2 g/L, existe un efecto positivo dehasta un 20% sobre la
detergencia a todas las temperaturas ensayadas. Este hecho puedehacer especialmente
til la incorporacin de la enzima en formulaciones detergenteseficaces a bajas
temperaturas.
Los datos indican la necesidad de observar un tiempo mnimo delavado para que la
enzima desarrolle su papel, adems de la existencia de unarelacin entre la detergencia y
la concentracin de cido oleico generado mediante hidrlisisenzimtica de la triolena.
Para un bao de lavado compuesto solamente por Lipolase 100L, losdatos muestran la
existencia de tres diferentes mecanismos a lo largo del lavado:(a) una primera etapa en que
predomina el arrastre de la grasa del sustrato al bao de lavado(0-3 min.), (b) una segunda
fase donde se realiza el proceso de emulsificacin de la grasa enel sistema y, (c) a partir de
los 5 minutos de lavado, una tercera etapa donde la hidrlisisenzimtica de la enzima
predomina sobre los dems efectos.
La utilizacin de formulaciones detergentes compuestas pordiferentes tensioactivos
y la enzima Lipolase 100L ha puesto de manifiesto los efectospositivos de la incorporacin
de la lipasa sobre el lavado, excepto en los experimentosrealizados con los tensioactivos
Glucopon 600, Glucopon 650, Findet 10/18 y el nonilfenoletoxilado con 9.5 moles de xido
de etileno, en los cuales no hubo una modificacin importante enla eficacia detersiva.
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1. OBJETIVOS
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OBJETIVOS
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Los establecimientos alimentarios tienen como deber sacar almercado
alimentos de alta calidad y naturalmente exentos de grmenespatgenos y toxinas;
la limpieza y desinfeccin que debe repetirse regularmente acortos intervalos de
tiempo son inexcusables para alcanzar tal objetivo (WILDEBRETT,1990).
Los agentes qumicos ms empleados en la industria para lalimpieza, as
como las amenazas o peligros que puede originar su uso y vertidoa la red fluvial son
los indicados en la Tabla I.1. Los desinfectantes ms utilizadospara combatir los
microorganismos se recogen en la Tabla I.2.
El efecto de los detergentes industriales sobre las aguasresiduales es
lgicamente bastante intenso si se tiene en cuenta la cantidadvertida y la frecuencia
con que se vierte. Esto puede ocasionar problemas deeutrofizacin y problemas
graves para la salud como niveles elevados de cloro, que puedenproducir
compuestos clorados, algunos posiblemente de carcter txico y/ocarcinognico o
los posibles efectos a largo plazo de los detergentes sobre elorganismo humano,
que aunque no son suficientemente conocidos, se le atribuyenacciones
dermatolgicas, neurolgicas, cardiolgicas, etc. (LLOPIS et al.,1987).
Tabla I.1 -Agentes qumicos empleados para limpieza en laindustria.
Nombre de la sustancia Amenaza /Peligro
lcalis y cidos
Hidrxido potsico IrritanteHidrxido sdico Origina corrosincidofosfrico Irritante/Origina corrosincido ntricoIrritante/Necrosante/Origina corrosincido clorhdrico Problemas derespiracin/ Irritante/CorrosivoAcido sulfamco Irritante
SecuestrantesTrifosfato y difosfato sdico Eutrfico/Secuestrametales pesadoscido Nitrilo triactico Eutrfico/Secuestra metalespesadosTensioactivos
Aninicos AlquilbencenosulfonatoAlquilsulfatoAlquiltersulfato
Espumas/Biodegradabilidad
Catinicos Haluro de trialquilbenzilamonioHaluro deAlquilpiridinio
Incompatibilidad con aninicosPresencia decloro/Biodegradabilidad
No inicos Alquilfenol oxietilenado Productos txicos en labiodegradacin
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OBJETIVOS
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Tabla I.2 - Desinfectantes ms empleados en la industria.
Nombre de la Sustancia
lcalis y cidos
GuanidinasCompuestos fenlicosHalgenos y sus compuestos Cloro
Dixido de cloroCompuestos generadores de cloroYodo, Bromo yFlor
Agentes oxidantes productores deoxgeno
Perxido de hidrgenoPercidosPercompuestos inorgnicos
Aldehidos FormaldehdoTensioactivos Compuestos de amoniocuaternario
Tensioactivos anfteros
La industria de alimentos invierte anualmente millones de dlaresen prevenir
la contaminacin de productos por microorganismos patgenos. Elconsumo de
sustancias limpiadoras y desinfectantes simples o combinadas enla industria
alimentaria alemana, por ejemplo, es de 130000 Tm/ao (KIERMEIERet al., 2000).
Por otra parte, los consumidores cada vez elevan ms susexigencias sobre la
calidad organolptica y microbiana de los alimentos, lasdisposiciones legales son
mas exigentes y los impuestos que deben soportar estasindustrias sobre los
vertidos de aguas residuales son cada vez mayores.
Resolver todos estos problemas mediante formulacionesdetergentes que
sean capaces de trabajar en medios menos agresivos, que seanaltamente
biodegradables y que consigan una alta eficacia de lavado esactualmente un reto
en el campo de las empresas que se dedican a la fabricacin ycomercializacin de
este tipo de detergentes, y seran muy bien acogidos tanto porlos consumidores
como por las empresas que fabrican la maquinaria especfica ynecesaria en el
proceso de lavado.
Por todo ello ltimamente se estn replanteando las formulacionesactuales y
se buscan otras alternativas mucho menos agresivas en s y con elmedio ambiente
y que a la vez sean suficientemente eficaces tanto desde elpunto de vista de la
limpieza como de la desinfeccin, lo que ahorrara importantescantidades de dinero
a la industria alimentaria ya que con un solo paso se conseguirael objetivo
previsto.
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OBJETIVOS
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El objetivo de la limpieza es eliminar de manera completa ypermanente la
suciedad de las superficies a limpiar. Los parmetros queinfluyen en el proceso de
limpieza pueden esquematizarse en la Figura I.1. Todas lascircunstancias que
participan en el proceso de limpieza influyen en el mismo y comoconsecuencia en
sus resultados. Por ello, la naturaleza y el estado de lasuciedad as como la
superficie a limpiar son responsables forzosamente del xito dela limpieza En este
sentido, para que una formulacin detergente sea eficaz, debe serdiseada de
forma especfica para la suciedad y material que pretendalimpiarse.
Figura I.1 Parmetros que influyen en la limpieza.
El amplio desarrollo de la Ingeniera Bioqumica ha dado lugar enlos ltimos
aos a la aparicin y desarrollo de diferentes enzimas especficas,que se estn
incorporando a formulaciones y procesos indutsriales, pudiendorepercutir en una
mejora de los mismos, sobretodo de aquellos procesos que sellevan a cabo por vas
distintas a la enzimtica. As se han obtenido enzimas comoendo-beta-1,4-
gluconasas con alta resistencia a las proteasas o la enzimacomercial Satinase
muy utilizada en la industria de detergentes (AKIBA et al.,1995). Por otro lado, se
desarrollado microorganismos que presentan actividadesproteolticas, amilolticas y
lipolticas (ANWAR et al., 1997), complejos enzimticos comoColipase que
presentan alta actividad en presencia de detergentes no inicos(HERMOSO et al.,
1996), y se han realizado estudios de las diferentes condicionesde estabilidad para
estas enzimas, etc.
No obstante, las ltimas tendencias que van imponiendo lasempresas
multinacionales y con ms incidencia Procter & Gamble,consisten en disminuir el
pH, tanto en detergentes slidos como en los lquidos. Los valoresde pH oscilan
SUSTANCIA LIMPIADORA
SUCIEDAD RESULTADO DE LIMPIEZA SUPERFCIE
TECNOLOGA
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OBJETIVOS
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ahora entre 5 (netamente cido) hasta 11.5, con un valor medio de9 - 9.5. Las
ventajas de la reduccin del pH de lavado son importantes: tantopara la mquina
como para los materiales que se lavan que sufren un menordesgaste, sobre todo en
cuanto a la decoloracin de vajillas. Los problemas deprecipitacin de cal y
magnesio se disminuyen e incluso se anulan (BRIGITTE, 1992; YOUet al., 1994;
SADLOWSKI, 1994; MACBEATH et al., 1994). Adems, es posible aadirun mayor
nmero de aditivos que mejoran la detergencia, pudindoseconseguir frmulas
cada vez ms eficaces y sofisticadas, como es el caso deformulaciones que
incluyen germicidas (TAYLOR & RICHTER, 1998).
Pero sin duda alguna el avance ms importante es la incorporacinde
enzimas perfectamente estabilizadas en estos medios lquidos.Podramos citar
numerosos ejemplos, aunque bsicamente se utilizan -amilasas,proteasas y ms
recientemente lipasas (AHMED et al., 1992a; AHMED et al., 1992b;DURBUT et al.,
1992; AMBUTER et al., 1994; FOLEY, 1994). Su objetivo esproducir los efectos
hidrolticos que antes conseguan los pH elevados. La gran ventajaes que esta
capacidad hidroltica de las enzimas es especfica, pudindoseformular detergentes
apropiados para cada industria en cuestin, segn el tipo desuciedades presentes
ms usuales (protenas, almidones o grasas). Sin embargo laincorporacin de
enzimas a formulaciones detergentes est actualmente en fase dedesarrollo. Uno
de los problemas ms graves actuales radica en estabilizar lasenzimas en los
medios detergentes y en inhibir la accin de las proteasasdurante el
almacenamiento para que no destruyan las amilasas y laslipasas.
La presente Tesis Formulaciones Detergentes Biodegradables:Ensayos de
Lavado, est enmarcada en la lnea de investigacin sobretensioactivos y enzimas
que se desarrolla en el Departamento de Ingeniera Qumica de laUniversidad de
Granada y se ha desarrollado dentro de los proyectos deinvestigacin Formulacin
de Detergentes Lquidos Especficos para el Sector IndustrialAgroalimetario y
Hostelera (1FD97-0931) y Preparaciones Enzimticas paraDegradacin de
Resduos Alimentrios (PB98-1923).
Los objetivos pretendidos en esta Tesis Doctoral son lossiguientes:
1 Desarrollar un sistema que permita analizar la eficacia dediferentesformulaciones para suciedades grasas.
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OBJETIVOS
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2 Obtener formulaciones detergentes que utilicen tensioactivosprovenientes de
fuentes naturales como alquilpoliglucsidos y alcoholes grasosetoxilados, y que por
lo tanto sean fcilmente biodegradables y que no produzcanproductos de
biodegradacin txicos.
3 Estudiar formulaciones que trabajen a pH bajos, temperaturasmoderadas y que
sean eficaces para aguas de lavado con diferentesconcentraciones de iones calcio.
4 Estudiar formulaciones que incluyan enzimas lipasas y analizarsu eficacia de
lavado en presencia de diferentes tensioactivos.
5 Avanzar en el estudio de los mecanismos de lavado desuperficies duras con
suciedades grasas proponiendo modelos cinticos de lavado quepuedan seraplicados para el diseo de sistemas industriales delavado.
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INTRODUCCIN
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2.1 ANTECEDENTES HISTRICOS DE LOS DETERGENTES
El primer agente limpiador fabricado por el hombre fue el jabn,cuya
manufactura ha sido descrita en las Tablas de Lagas procedentesde los Sumerios
en el ao 2.500 a.C. Segn DORADO (1996), las tablas sumerias sonespecialmente
notables puesto que presentan de manera detallada elprocedimiento de fabricacin
del jabn, incluyendo las cantidades de las materias primasutilizadas (aceite y
cenizas de madera), as como su aplicacin a la limpieza detextiles.
La importancia del jabn para el lavado y limpieza general no fuereconocida
hasta el siglo II de nuestra era, por el mdico griego Galeno,que recomendaba su
uso no solo por la capacidad de limpieza del cuerpo y ropas,sino tambin por sus
efectos curativos.
La utilizacin de la cal viva como componente custico ensustitucin de las
cenizas, atribuido a los rabes en el siglo VII de nuestra era,permiti la preparacin
de jabones ms fuertes. Con este avance, el jabn fue introducidoprimeramente a
Espaa, y de aqu, a todos los pases mediterrneos.
En la segunda mitad del siglo XVIII, el jabn dej de ser unartculo de lujo
para convertirse en un producto barato y de utilizacingeneralizada en todas las
clases sociales. Esto fue debido a los trabajos de investigacindesarrollados por
Chevreuls, sobre la estructura de aceites y grasas, y deLeblanc, que desarroll un
proceso tcnico de obtencin de carbonato sdico (Figura II.1).
Durante los siglos XVIII y XIX, la industria se desarrollampliamente
fabricndose jabones en diferentes presentaciones: jabones duros,blandos,
perfumados, etc. Los avances logrados a travs del mtodopropuesto por Leblanc(carbonato sdico) y de Tennat (cloruro de cal)as como los estudios desarrollados
por Chevreul tuvieron efectos inmediatos sobre la higiene y elcrecimiento
exponencial de la poblacin en Europa, debido a la disminucin delas causas de
mortalidad.
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detergentes fue ms exigente, solicitndose detergentes conpropiedades especiales
y que fueran menos sensibles a la dureza del agua.
Durante la Primera Guerra Mundial, en 1917, el qumico FritzGnter de BASF
consigui con xito la alquilacin y la sulfonacin del naftaleno.Esto llev a la
obtencin de una sustancia de alto poder espumante con buenaspropiedades de
mojado, constituyndose en el primer intento de sustitucin deljabn. Sin embargo,
las cadenas cortas del alquilnaftaleno sulfonato no conseguan elsuficiente carcter
tensioactivo.
En 1928 H. Bertsch y colaboradores utilizando un alcohol grasocomo materia
prima, y mediante sulfatacin, consiguieron la primera sustanciadetergente sinttica.
El paso siguiente era encontrar materias primas y procesos paraque fuera
econmicamente viable. Se asociaron diferentes compaas ydesarrollaron un
procedimiento para obtener alcoholes grasos de materias primasrenovables. El
procedimiento fue la reduccin cataltica con hidrgeno bajo altapresin de steres
de cidos grasos en alcoholes grasos.
El primer detergente formulado con sulfatos de alcoholes grasosfue
introducido en el mercado por Henkel (Alemania) en 1932 y porProcter & Gamble enE.E.U.U., 1933. Posteriormente, surgieron enel mercado otros productos
semejantes. Por necesidades de mayor volumen de produccin,aparecieron los
alquilbencenos sulfonatos, y ms especficamente eltetrapropilenbenceno sulfonato
See AlsoRuraq Maki - [PDF Document]Hora invertida 13:31: ¿qué significa ver esa hora en tu reloj?Hora invertida 10:01: ¿qué significa ver esa hora en tu reloj?Descifrando el significado del número 111: amor, espiritualidad y mensajes del universo - Anna Casasque en 1959 satisfaca el 65% de la demanda de detergentes en elmercado mundial
(JAKOBI & LHR, en: KAUNDY et al., 1987). Sin embargo,numerosas
investigaciones mostraron que la biodegradacin de estetensioactivo se haca muy
lenta por la presencia de carbono terciario, es decir, unaramificacin de la cadena
lateral. Como consecuencia, los ros y lagos empezaron a exhibirespumas
persistentes, reduccin del oxigeno disuelto y desaparicin de lafauna y de la flora.
Para resolver estos problemas, en 1960, la industria de losdetergentes bajo la
amenaza de los reglamentos y de las leyes, desarroll procesos deproduccin de
los alquilatos lineales que conducen a los llamados LASbiodegradables (SALAGER,
2004; SCOTT & JONES., 2000; JENSEN, 1999; JAKOBI & LHR,en: KAUNDY et
al., 1987).
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Los aquilfenoles etoxilados de cadena ramificada (APE) seconstituyeron en
otro grupo de tensioactivos ampliamente utilizados endetergentes, pinturas,
pesticidas, recuperacin del petrleo, productos personales, etc.Sin embargo,
debido a la formacin de subproductos de biodegradacin txicos,desde 1984 su
uso se encuentra restringido (SCOTT & JONES., 2000).Alternativas a los APE
ramificados son los APE de cadena lineal, los alcoholes grasosetoxilados (FAEO),
de menor impacto ambiental, y los alquilpoliglucsidos, estosltimos con excelentes
propiedades ecolgicas (SALAGER, 2004; EICHHORN & KNEPPER,1999; GARCA
et al., 1997).
Otro punto importante en el desarrollo de los detergentes hasido la
sustitucin de del carbonato sodico utilizado primeramente comoagente
coadyuvante (builder) por los difosfatos sdicos yposteriormente, por los trifosfatos
sdicos, de mayor eficacia pero responsables de la eutrofizacinde los sistemas
acuiferos (SACHDEV & KRISHNAN, en: LAI, 1997). Actualmente,el uso de los
polisfotados ha sido barrido de varios paises y se encuentralimitado en otros tantos.
Compuestos alternativos a stos, son las zeolitas(aluminosilicatos sdicos
insolubles), el cido nitrilotriactico (NTA), el cido ctrico, lossecuestrantes
subestequiomtricos (fosfonatos, poliacrilatos y copolmeros),etc.
Tras la Segunda Guerra Mundial, tambin se han introducidonuevos
componentes al detergente que ayudaron a aumentar la eficaciadel lavado, como
fueron las enzimas, los controladores de espuma, los agentesantirredeposicin, los
abrillantadores pticos y los activadores de blanqueo.
La Tabla II.1 recopila la evolucin de los detergentes, lasfibras textiles y los
dispositivos de lavado en el perodo 1876 a 1987. Segn se puedeobservar, la
tecnologa de los detergentes creci paralela a la de las mquinasde lavar y de los
tipos de sustratos, cuyo desarrollo exigi una potenciacin de laspropiedades de los
detergentes. DOMINGUEZ (1986) describe que las variables delproceso de lavado
(temperatura, accin mecnica, etc.) tuvieron que ser estudiadospara cada sustrato
en particular; fue a partir de entonces cuando se puede afirmarque la aportacin del
binomio detergente-mquina de lavar a la calidad de vida fue tanvaliosa, si cabe
decir, como la del jabn a la higiene de la humanidad.
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Tabla II.1 Evolucin de los detergentes, fibras textiles ydispositivos de lavado (JAKOBI & LHR,1987).
Ao Ingredientesdel detergente
Detergentes Fibrastextiles
Dispositivo delavado
1876 Silicato sdico,Jabn y
Almidon
AlgodnLinoLana
Boiler
1878/1890 Carbonato sdico,silicato sdico
Producto de prelavado y suavizante Cupro
1907 JabnCarbonato sdicoPerborato sdicoSilicato sdico
Detergente heavy duty (Persil, Henkel,Alemania)
RayonAcetato silo
Lavadora Wooden vat
1913/1920 Proteasas (enzimaspancreticas)
Producto de prelavado (Burnus, Rhm &Haas, Alemania)
Fibras conviscose
Lavadora Metal tubagitador
1932/1933 Tensioactivossintticos (alcoholesgrasossulfatados)
Detergente especial (Fewa, Henkel,Alemania; Dreft, P&G,USA)
1933 Difosfato sdicoSilicato de magnesio
Detergente heavy dutty (Persil, Henkel,Alemania)
1940Alquilsulfonatos(Mersolat)Agentesantirredeposicin(Carboximetilcelulosa)
Detergente heavy dutty (Henkel,Unilever, Alemania) Lavadoraautomtica
1946 Alcoholes grasossulfatados
AlquilbencenosulfonatoTrifosfato sdico
Detergente heavy dutty (Tide, P & G,USA)
Poliamida Lavadora automticadrum-type (Bendix, USA)
1948 Tensioactivos noinicos
Detergente heavy dutty (All, Monsanto,USA)
1949 Abrillantadorespticos
Adictivo de aclarado (Sil, Henkel, FRG)
1950 Fragancias
Tensioactivoscatinicos
Detergente heavy dutty (Dial, Aromour
Dial, USA)Suavizante (CPC Internacional, USA)1954 Combinacionesde
tensiactivos aninicoy no inico
Agentesantiespumantes(jabn)
Detergente heavy dutty (Dash, P&G,USA)
Poliacrilonitrilo Lavadora semiautomtica(lavadoautomtico,aclarado manual ycentrifugado separado.Europa)
1962 Agentesantiespumantes
Detergente heavy dutty (Dash, P&G,FRG)
MezclaPolyester/coton
Mquina lavadoraautomtica (Europa)
1965 Fibras dePoliuretano y
Algodn
Mquina lavadora secadora
1970 Amina cida grasa Detergente para prendas delicadas(Perwoll,henkel, FRG)
LIino-resina
1972 Actividores del
blanqueocido nitrilotriactico
Detergente heavy dutty (Cid, Henkel,
FRG)Detergente heavy dutty (varios brands,Canada)
1975 Citrato sdico Detergente heavy dutty Sin fosfatos(Wisk,Unilever, USA)
1976/1978 Zeolita 4Agentesantiespumantes(aceites desilicona)
Detergente heavy dutty Podigan,Henkel, FRG; Tide, P&G,USA)Detergente heavy dutty (Mustang,Henkel, FRG)Detergente heavydutty sincoadyuvantes (Era, P&G, USA)
Dunota(poliacrilonitrilomodificado)
Operacin conmicrocomputador, sensorelectrnico
1982 Zeolita 4A NTA Detergente heavy dutty sin fosfato(Dixan,Henkel, Suiza)
1984 Acido poliacrlicoAcidos poli(acrl ico ymaleico)
Detergente heavy dutty
1987 Lipasas (Lipolase /NOVO)
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2.2 SITUACIN ACTUAL DEL SECTOR INDUSTRIAL DE TENSIOACTIVOS
La demanda actual de tensioactivos est cubierta por menos dediez tipos de
tensioactivos, siendo los alquilbenceno sulfonados (LAS), lossulfatos de alcoholes
grasos (FAS), los tersulfatos de alcoholes grasos (FAES), losalcoholes grasos
etoxilados (FAEO) y los jabones, los que ocupan las principalesposiciones (Tabla
II.2).
Tabla II.2 -Tensioactivos ms utilizados (BAILN, 2003).
JABONES En 1994, el consumo mundial total fue de 4.5 millonesTm, de los cuales 2millones Tm se utilizaron en detergentes. Lademanda se concentr en Asiay Sudamrica. Los restantes 2.5 millonesTm se emplearon en la fabricacinde jabn de tocador.
LASAlquilbenceno sulfonatos
Son los principales componentes de la industria de detergentes.En LatinoAmrica y Asia est permitido el consumo de alquilbencenosulfonatos decadena ramificada, sin embargo en la mayora de lospases se sustituyen,debido a que no son biodegradables, por losalquilbenceno sulfonatos decadena lineal.
FASSulfatos de alcoholes grasos
Los sulfatos de alcoholes grasos, aumentan en importancia,especialmentecombinados como cosurfactantes en diferentesformulaciones. Se esperaque sustituyan a los jabones en Asia, loque incrementara su consumo y
utilizacin en un futuro prximo.
FAESEtersulfatos de alcoholes grasos
Estn experimentando una velocidad de crecimiento media en losltimosaos del 4.5%. Se utilizan fundamentalmente para la fabricacindedetergentes lquidos, champs y geles de bao.
FAEOAlcoholes grasos etoxilados
Experimentan un crecimiento medio anual del 4%, la raznfundamental esla sustitucin de los alquilfenoles etoxilados pormotivos ecolgicos.
Los tensioactivos mostrados en la Tabla II.1 son utilizados endistintos
segmentos del mercado para la fabricacin de productos de consumo(detergentes ycosmticos) y para aplicaciones industriales(alimentos, textiles y pieles, plsticos,
etc.) (BAILN, 2003).
Segn el Instituto Nacional de Estadstica (INE, 2003), laevolucin del
consumo de tensioactivos (excluidos jabones) como materia primatal cual en
Espaa pasa de un valor de 222 millones de kilos en 1993 a 369millones de kilos en
2002, es decir un incremento del 66% durante este periodo(Figura II.3). No
obstante, durante el periodo 1994 hasta 1997, el consumodisminuy hasta un valorde 207 millones de Kg, correspondiendoexactamente con la crisis econmica de
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esos aos. Esto significa que el consumo de tensioactivos puedeconsiderarse como
un ndice de la situacin econmica de un pas.
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1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Ao
Consumo(MillonesdeKg)
50
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200
250
300
350
400
Consumo(Millonesde
Euros)
Consumo (Peso) Consumo (Valor)
Figura II.3 -Consumo total de tensioactivos en Espaa desde 1993hasta 2002.
En la Figura II.3 se muestra tambin el consumo expresado enmillones de
euros. La curva mantiene un perfil similar al del consumoexpresado en peso, perose observa en el periodo de recesin cmo seva acercando cada vez ms a ella.
Esto, evidentemente, indica que la recesin vino acompaada conuna fuerte
inflacin en este mercado (BAILN, 2003).
En la Figura II.4 se observa la evolucin en el mercado de lostensioactivos
aninicos, catinicos, no inicos y otros (INE, 2003). En estafigura se observa el
consumo oscilante de los tensioactivos aninicos, muy sensible alos ciclos
econmicos, sin apenas incremento en valores absolutos durantetoda la dcada.Por otra parte, el resto de los tipos detensioactivos aumenta claramente,
presentando una mayor fortaleza los catinicosque, en peso,superan ligeramente a
los aninicos en el ao 2002 (en valor lo hacen mucho ms).
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1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Ao
Consumo,Millo
nesdeKg
Aninicos Catinicos No inicos Otros
Figura II.4- Evolucin del consumo de tensioactivos por tipo.
De acuerdo con BAILN (2003), es verdaderamente llamativa estasituacin,
si tenemos en cuenta que los tensioactivos aninicos son la baselavante de la
mayor parte de los detergentes (textiles, lavavajillas manuales,limpiadores en
general, geles de bao, champes, etc.). En cambio, los catinicosse aplican
fundamentalmente en suavizantes (y pequeas cantidades endesinfectantes y en
champs acondicionadores). En pocas palabras, se consume mstensioactivo ensuavizar que en lavar. Esto implica tambin unaconsecuencia que hay que tener
muy en cuenta: los tensioactivos catinicos, an siendobiodegradables, son los ms
difciles de biodegradar, por lo que pueden ser previsiblesproblemas
medioambientales a medio y largo plazo si la tendencia continaas.
Otro punto a observar es que los tensioactivos no son consumidospor
usuarios finales de forma pura, sino que llegan al mercado demasas como
componentes de multitud de productos comerciales. Los mercadosms ntimamenterelacionados con los tensioactivos son los de ladetergencia y la cosmtica. La
perfumera se relaciona como rama auxiliar de stos y en menorproporcin, el
mercado de los alimentos y el de los frmacos.
A ttulo de ejemplo, se presenta en la Figura II.5 la evolucindel consumo de
detergentes y limpiadores en Espaa durante la dcada 1993-2002.ste oscila
entre 1.037 millones de euros (1993) y 1540 millones de euros(1999).
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caractersticas deseadas en cuanto al color, olor, tacto, etc. LaFigura II.6 muestra
los componentes tpicos presentes en las formulacionesdetergentes.
Figura II.6 -Componentes de las formulaciones detergentes(DOMNGUEZ, 1986).
Los tensioactivos aninicos son sin lugar a duda, los agentes desuperficie
ms utilizados en composiciones detergentes. Entre los aninicos,se destaca elcido dodecilbenceno sulfonico lineal (LAS), quecomprende ms del 40% de todos
los tensioactivos utilizados (SCOTT & JONES, 2000).Asimismo, otros grupos
importantes de tensioactivos aninicos son los jabones,alquilsulfonatos,
alquilsufatos, alquilfosfatos, alquil polieter sulfatos,dialquil sulfosuccinatos y n-olefin
sulfonatos.
Figura II.7 lquilbenceno sulfonato lineal.
En los ltimos 40 aos los tensioactivos no inicos han ido ganandomayor
importancia, hasta llegar al 35% del mercado mundial que lescorresponde hoy en
da (FERNANDEZ et al., 2004). Encuentran amplias aplicaciones enel campo de la
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Tabla II.3 Comparacin entre diversos cambiadores de iones(JAKOBI & LHR, en: KAUNDY et al.,
1987).
Capacidad
secuestrantedel calcio
Rendimiento en
un ciclo de lavado
Incustracin
sobre superficies
cido poliacrlico Muy alta Buena Baja
cido -hidroxipoliacrlico Alta Muy buena Baja
cido poli(acrlico y co-maleico) Alta
BuenaBaja
Silicato de aluminio sdico Alta Buena Baja
En cuanto al papel de las enzimas en el lavado, stas catalizanreacciones de
hidrlisis de molculas complejas (protenas, lpidos, almidones,etc.), generando
estructuras de menor tamao y de ms fcil eliminacin. Asimismo,NOVO (2004)
destaca que segn la composicin del bao de lavado y lascondiciones de proceso,
algunas enzimas (tales como las lipasas) ejercen un efecto deantirredeposicin
durante el lavado, previniendo que la suciedad eliminada vuelvaa depositarse sobre
el sustrato limpio.
Las enzimas proteasas y amilasas se utilizan en productosdetergentes desde
1963, sin embargo las lipasas no se incorporaron a losdetergentes hasta 1987. Los
productos para el lavado automtico de textiles pueden incluirvarios tipos de
enzimas al mismo tiempo (lipasas, proteasas, amilasas, etc.),mientras que en los
detergentes para lavavajillas se aplican fundamentalmente lasamilasas y proteasas
(NOVO, 2004). En Europa, el contenido de lipasas de losproductos en polvo para el
lavado de textiles puede alcanzar hasta el 0.1% en peso, quecorresponde a una
concentracin de 4 g/L en el bao de lavado.
La Tabla II.4 muestra composiciones orientativas deformulaciones
detergentes utilizadas en textiles y superficies duras(cristales, azulejos, metales,
etc.). La composicin de los detergentes para el lavado desuperficies duras difiere
de la de textiles debido a las distintas caractersticas que serequieren a estos
productos. Por ejemplo, en el caso de detergentes paralavavajillas automticas, los
residuos alimentarios (especialmente suciedades de tipoproteico) generan espumas
que causan la disminucin de la presin de lavado y de la energacintica de los
chorros. De acuerdo con KISSA (en: CUTLER & KISSA, 1986),para evitar este
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Cambios en el nmero de tomos de carbono de la cadena hidrofbicay en el
nmero de unidades etoxi modifican las propiedades de estostensioactivos. En los
productos comerciales frecuentemente el nmero de tomos decarbono en la
cadena alquilica y el de unidades etoxi vara entre 8 y 18 yentre 1 y 20,
respectivamente.
Tabla II.5 Patentes de productos detergentes que utilizanalcoholes etoxilados.
Patente Ao Ttulo Inventores/Solicitante
GB1395839 1975 Basic formulation fordetergents and cleasing
agents
HOECHST AG;BENCKISER GMBH
JOH AUS4464292 1984 Mixed ethoxylatedalcohol/ethoxysulfatesurfactants and syntheticdetergents incorporatingthesame
LENGYEL, S. P.LENGYEL, S. P.(E.E.U.U.)
CA1231027 1985 Stable liquid detergentcompositions
HUGHES, L. J.PROCTER & GAMBLE(E.E.U.U.)
EP0163352 1985 Detergent with suds control YORK, D. W.PROCTER& GAMBLEEUROP (BE);PROCTER & GAMBLE(E.E.U.U.)
US4883610 1989 Soil release promoting liquiddetergentcompositioncontaining a pet-poetcopolymer and narrow rangealcoholethoxylate
CIALLELLA, L. K.COLGATE PALMOLIVECO (E.E.U.U.)
Comercialmente los FAEO consisten en mezclas de varios homlogoscon
tamaos de cadena oxietilenada diferentes. Recientemente, con laintroduccin de
nuevos catalizadores, han sido logrados grandes progresos en elcontrol de la
reaccin de produccin de estos tensioactivos, permitiendo unadistribucin denmeros de xidos de etileno prximas entre s.
Segn RUTROWSKI (en: CUTLER & DAVIS, 1981), los detergentesactuales
tienden a utilizar mayores cantidades de alcoholes etoxilados yalcoholes
etoxisulfatos (FAES), debido a sus excelentes propiedades delavado, buen precio,
proceso de produccin sencillo, buena solubilizacin de suciedadesoleosas,
estabilizacin de enzimas, etc.
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(f) Grado de etoxilacin. Para alcohol etoxilado primario, ladetergencia
aumenta con la disminucin del numero de unidades de oxido deetileno
(ARONSON et al.,1983).
Otro punto a considerar es la capacidad de los FAEO deinteraccionar con
otros tensioactivos y enzimas presentes en los detergentescomerciales. ARONSON
et al. (1983) observaron un efecto de sinergismo negativo conrespecto a la
interaccin tensioactivo aninico (LAS)/no inico (Tergitol),indicando que la
presencia de tensioactivos aninicos puede inhibir la detergenciade suciedades
grasas cuando en el bao de lavado se dispone de tensioactivos noinicos eficaces.
RUSSEL & BRITTON (2002) mostraron un efecto positivo deproteccin de laenzima proteasa Satinase por parte de diversosalcoholes etoxilados en sistemas
con LAS.
En cuanto a la facilidad de eliminacin de los FAEO de aguasresiduales, en
principio pueden ser eliminados mediante los tradicionalesprocesos biolgicos de
tratamiento, o por procesos ms avanzados como son la ozonizacin(BRAMBILLA
et al., 1993) y la adsorcin en carbn activo. Los FAEO sondegradados por
hidrlisis del enlace ter, seguido de la oxidacin de las dosporciones (REYNOLDSet al., 1997). La biodegradacin primaria puedellegar a alcanzar valores superiores
al 97% (WILHELM & FISHER, 1987, SZYMANSKI et al., 2000,BATTERSBY et al.,
2001), aunque la degradacin ltima puede ser significativamenteinferior. Estudios
realizados por SIEGFRIED et al. (1993) observaron que lafacilidad de
biodegradacin de alcoholes etoxilados ramificados aumenta con elnumero de
unidades etoxi en la molcula. Bajo condiciones anaerobias, labiodegradacin de
los FAEO presenta comportamientos diferenciados en funcin deltamao de cadenacarbonada y del numero de unidades etoxi (MEZZANOTTEet al., 2002). El
mecanismo principal de eliminacin de tensioactivos con un numerode unidades
etoxi de 2 ha sido la adsorcin en el lodo, mientras que para losFAEO ms solubles
(OE = 7) la biodegradacin ha desempeado un papel principal.
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Desde el punto de vista prctico, los APG presentan una seriede
caractersticas interesantes (SALKA., 1993; GONALVES &CARMINI, 1997;
GARCIA et al., 1997; BOYD et al., 2001; ROSO et al., 2003):
Interacciones de sinergismo con tensioactivos aninicos,
Buena capacidad espumante y detergente;
Estabilidad frente a cidos y lcalis;
Bajo potencial de irritacin a la piel;
Alta tolerancia a electrolitos;
Excelentes propiedades ecolgicas y toxicolgicas, etc.
En cuanto a las propiedades fsicas de los APG, NICKEL et al.(1992)
destacan los siguientes puntos:
Las disoluciones de APG C8/10y C12/14 se enturbian en aguasduras;
La CMC es similar a la de algunos tensioactivos no inicos ydisminuye con
el aumento de la cadena carbonada; el grado de polimerizacinejerce unligero efecto sobre la CMC;
Por encima de la CMC, originan tensiones interfaciales muy bajascon la
presencia del tensioactivo alcohol graso sulfatado (C12/14);
Los APG encuentran aplicacin en un rango amplio deproductos:
detergentes para el lavado automtico y manual de vajilla y deropas, productos de
higiene personal, productos de limpieza general, el lavado defrutas y hortalizas, etc.La Tabla II.6 recoge algunas patentes deproductos detergentes que ponen de
manifiesto la importancia de alquilpoliglucosidos a nvelindustrial.
En Europa, los APG son utilizados como cosurfactantes en losdetergentes
para el lavado de vajillas manuales (HILL et al., 1997). Lapresencia de APG en
estos sistemas permite el desarrollo de formulaciones mseficaces para un
contenido igual o inferior de materia activa, debido a losefectos sinrgicos
provenientes de la interaccin con los surfactantes primarios.Asimismo, la presencia
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de APG aporta una mejora en la capacidad espumante y en lacompatibilidad con la
piel.
Tabla II.6 Patentes en las que se utilizan aqluilpoliglucsidosen productos de limpieza durante el
perodo 1992 - 2001.
Numero Ao Titulo Inventores/Solicitante
WO9704056 1997 The use of alkoxylatedalcohols to control foamingofalkyl polyglycosides incleaning compositions
GROSS, S. F.HENKEL CORP(E.E.U.U.)
EP0673994 1995 Concentrated all-purpose
light duty liquid cleaningcomposition and method ofuse
FISHER, J. J.; HALEY,
K. S.AMWAY CORP(E.E.U.U.)
EP0474915 1992 Laundry detergentscontainingalkylpolyglycosides.
BALZER, D.; BECK, R.;GASBER, W. HUELSCHEMISCHE WERKEAG(Alemania)
US5370816 1994 Detergent compositioncontaining a mixture ofalkylpolyglycosides
BALZER, D.; BECK, R.;GASBER, W.HUELS CHEMISCHEWERKE AG(Alemania)
WO9814544 1998 Use of alkyl polyglycoside forimproved hardsurfacedetergency.
GROSS, S. F.;MORRIS, T. C.HENKEL CORP(E.E.U.U.)
KR274476 1994 Method for increasing theefficiency of adisinfectantcleaning composition usingalkyl polyglycosides
URFER, A. D.;LAZAROWITZ, V. L.HENKELCORP(E.E.U.U.)
WO2001072149 2001 Washing of fruit andvegetables
MEINE, G.; GIESEN,B.; ZIGANKE, K.HENKELKommanditgesellschaftAufAktien (Alemania)
KR9604492 1996 Liquid detergent compositionwith less skinirritation andhigh detergency
SEO, W. S.; JOO, K. S;KIM, C. W.CHEIL FOODS &CHEMICAL COLTD(Republica de Korea)
KR138204 1998 Shampoo composition CHOE, H. K.LG CHEMICALCO.,Ltd.
En Asia, los APG son utilizados como surfactantes primarios enlos productos
detergentes para el lavado manual. Esto se debe a que seutilizan concentraciones
de detergente superiores a las empleadas en Europa (0.8 a 4 g deproducto/L de
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2.4 DETERGENCIA
La evolucin constante en las formulaciones detergentescomercializadas,
motivada por las implicaciones sociales, ecolgicas, energticasy
econmicas derivadas de su empleo, obligan a una intensificacincontinua
de los estudios sobre los mecanismos de la detergencia y abuscar nuevos
mtodos de lavado y limpieza.
HERRERA (1996)
No es posible hablar de formulaciones detergentes sin estudiarel
mecanismo de la detergencia durante el proceso de lavado con elobjeto de
justificar la presencia de los diferentes ingredientes en lasmismas
DORADO (1996)
Se conoce bajo el trmino detergencia el proceso de eliminacin delas
sustancias indeseadas adheridas a objetos o a la piel de losseres vivos. El efecto de
limpieza que se logra mediante la aplicacin de un detergente nose debe tan slo a
la accin del tensioactivo, sino a la adecuada combinacin dedistintos efectos que
actan sinrgicamente sobre el sustrato sucio (DOMNGUEZ, 1986).Habitualmente
se utiliza tambin el termino de detergencia (De) para areferirse a la eficacia del
proceso detersivo.
Tres son los elementos esenciales que intervienen en un procesodetersivo
tpico (WILDEBRETT, 2000):
El sustrato: material slido que se desea limpiar;
La suciedad: materias extraas a eliminar de la superficie delsustrato;
El bao de lavado: medio lquido que acta sobre el sustrato paraeliminar
la suciedad.
De acuerdo con DOMNGUEZ (1986), debido a las casi infinitasposibilidades
de variacin que se pueden plantear con los elementossustrato-suciedad-bao de
lavado, los mecanismos de la detergencia no son nicos, nisencillos. Naturalmente,
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es distinta la superficie del cristal a la del acero, comotambin son distintas la grasa,
la tinta o la arcilla, que constituyen formas clsicas desuciedad. La Figura II.10
presenta un esquema simplificado del proceso detersivo.
Figura II.11 -Esquema resumido del proceso detersivo con lasetapas bsicas y principales factores
que intervienen en el desarrollo del mismo (HERRERA, 1996).
Los sustratos varan ampliamente en composicin qumica yestructura
superficial, pudiendo pertenecer a la clase de las superficiesduras (vidrios,
cermicas, metales, etc.), tejidos y materiales fibrosos. Delmismo modo, se puedendistinguir distintos tipos de suciedad, talescomo los materiales solubles en agua
(sales inorgnicas, azcar, urea, etc.), pigmentos, grasas(animales y vegetales),
protenas (procedentes de la sangre, huevos, leche y residuos dela piel),
carbohidratos, etc.
Con relacin al bao de lavado, se diferencian dos componentes
fundamentales: el agua (ingrediente mayoritario) y losingredientes de la formulacin
detergente. El agua ocupa un papel importante en el procesodetersivo, ya que actacomo disolvente para el detergente y para lassales contenidas en la suciedad. Por
Sustrato(SU)Slido
Suciedad (S)Slida y lquida
Bao (BL)Lquido
SU + BL SU-BLadsorcinSU + SSU-Sensuciado
DetergenciaSU-S + BLSU + S + BL
Redeposicin
Estabilidad de SU:Fuerzas de van der Waals,elctricas,mecnicas,quimiosorcin, etc.
Condiciones fsicas:Temperatura, tiempo,agitacin, etc.
Enjuague
SUSTRATO LIMPIO
Objetivos de BL:Mojar, eliminarsuciedades, evitarredeposicin,etc.
S + BL S-BLdispersin
Naturaleza de S:Grasa y no grasa
Composicin de BL:Tensioactivos, aditivos,
coadyuvantes, agua, etc.
Propiedades de SU:Geomtricas, fsicas y
qumicas
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hidrofbicos y, por el contrario, aumentan si el sustrato esrelativamente hidroflico.
Por ejemplo, el vidrio, la loza, etc., actan como sustratoshidroflicos y por lo tanto,
son ms difciles de limpiar que los plsticos y recubrimientos deTefln (debido a la
falta de puntos polares en la superficie). Por otro lado,suciedades relativamente
apolares, como la triolena, se eliminan ms fcilmente de lassuperficies hidroflicas.
La composicin qumica del sustrato nos condicionar en gran medidael tipo
de detergente a utilizar. Por ejemplo, los metales blandos (Al,Zn, etc.) suelen
reaccionar frente a los cidos y lcalis, por lo que se deber usardetergentes ni
excesivamente cidos ni alcalinos. Algunos tipos de vidrio sonatacados por
soluciones fuertemente alcalinas.
(b) Suciedad
La eliminacin de la suciedad no slo depende de susinteracciones
especficas con la superficie del sustrato y con los componentesde una formulacin
detergente, sino tambin de sus interacciones con otros tipos desuciedad presentes
en sistema de lavado (KISSA, en: CUTLER & KISSA, 1986).Entre suciedadesliquidas oleosas, las que contienen cidos grasos seeliminan con mas facilidad,
seguidas por los glicridos neutros y los aceites minerales menospolares
(DORADO, 1996). De acuerdo con MIZUNO (en: CUTLER & DAVIES,1981),
suciedades deshidratadas son ms difciles de limpiar comoconsecuencia del
aumento de las fuerzas de van der Waals. En cuanto a laspartculas slidas, su
estructura qumica define el tipo de interacciones que seestablecen con el sustrato y
la fortaleza de las mismas. Cuanto mayor sea el tamao de laspartculas, ms
fcilmente podrn eliminarse.
(c) Concentracin y Estructura del Tensioactivo
Los tensioactivos favorecen la detergencia, disminuyendo lastensiones
interfaciales bao-sustrato y suciedad-bao, el ngulo de contactoentre las tres
fases (bao, sustrato y suciedad), emulsionando y/o solubilizandola suciedad, etc.Aspectos importantes a respecto del la eficacia delos tensioactivos en el lavado no
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estn todava bien elucidados, dada la complejidad del procesodetersivo (KOLEV et
al., 2003).
En lo que se refiere a la concentracin del tensioactivo en elbao de
lavado, como normal general, la detergencia aumenta con laconcentracin de
tensioactivo y alcanza un valor mximo en los alrededores de laconcentracin
micelar crtica (MANKOWICH, 1962, Figura II.12). Para suciedadesgrasas, la
detergencia sigue aumentando a concentraciones superiores a laCMC, debido a la
solubilizacin de la suciedad en el interior de las micelas(DORADO, 1996).
En cuanto a la estructura qumica del tensioactivo, no ha sidoposible
formular reglas que justifiquen el comportamiento de todos lostipos de tensioactivos,
puesto que el efecto del tensioactivo no puede ser observadocomo un efecto
aislado y depende de la naturaleza del contaminante y de losmecanismos que
controlan el lavado (KABIN, 1998). Algunas investigacionesmuestran que la eficcia
del tensioactivo aumenta con la longitud del grupo hidrofbico,sujeto a las
limitaciones de solubilidad que deriven de su tamao y con elgrupo hidroflico
situado desde una posicin ms central a una terminal en lamolcula (CARRION,
1989).
Figura II.12 Efecto de la concentracin de tensioactivo sobre laspropiedades fisicoqumicas de las
disoluciones acuosas de los mismos.
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A ttulo orientativo, un aumento en el nmero de grupos de xido deetileno en
la cadena oxitilenada de los tensioactivos no inicospolietoxilados decrece la
eficiencia de adsorcin del tensioactivo sobre los materiales, loque conlleva una
disminucin de la detergencia. Por otro lado, este aumento de losgrupos de xido
de etileno en la molcula provoca un aumento en el punto deenturbiamento y la
detergencia es ptima en la proximidad de este temperatura, dadala mayor
solubilidad de sus molculas (CARRION, 1989). Para los steres decidos grasos
etoxilados, THOMPSON et al. (1996) observaron que la detergenciaalcanza un
mximo con el aumento del nmero de unidades de xido de etileno,que vara entre
5 y 7 unidades.
DIALLO et al. (1994) estudiaron la importancia del balancelipfilo-hidrfilo
(HLB) de los tensioactivos del tipo C12Ey (y = 6 a 31) sobre lasolubilizacin de
hidrocarburos. Como conclusin general, se verific que lasolubilizacin aumenta
con el HLB hasta un valor mximo, a partir del cual, disminuye,como resultado de
las interacciones entre los grupos de oxido de etileno y losanillos aromticos con las
micelas. ZIMOCH et al. (2000) verificaron que la detergenciaaumenta con la
disminucin del HLB.
Otros puntos importantes a considerar son los efectos deinteraccin entre el
tensioactivo y suciedad, y entre dos o ms tensioactivos.Estudios desarrollados por
GINN et al.(1966) mostraron que para suciedades polares, losmayores valores de
detergencia se obtienen para detergentes basados entensioactivos aninicos, las
suciedades apolares se eliminan mejor con tensioactivos noinicos, que forman
soluciones micelares con gran capacidad de solubilizacin.Frecuentemente la
mezcla de dos o ms tensioactivos en una formulacin detergenteconlleva a un
lavado muchas veces superior al alcanzado en sistemas formadospor un nico
tensioactivo.
(d) Dureza del Agua y Agentes Secuestrantes
De forma general, la presencia de cationes polivalentes (sobretodo de calcio
y magnesio) provenientes de la propia agua de lavado, de lasuciedad y/o del
sustrato (caso del calcio) influyen negativamente sobre ladetergencia, dando lugar a
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formacin de sales insolubles con numerosos tensioactivos(SCHWUGER, 1987).
Bajo determinadas condiciones, estos iones tambin pueden llegara reducir los
potenciales elctricos de las partculas de suciedades dispersasen el bao,
provocando la floculacin y redeposicin de las mismas. WOOLLATT(1985) destaca
incluso la interferencia en la eliminacin de cidos grasos librespresentes en la
suciedad debido a la combinacin de stos con los ionespolivalentes.
Para evitar la prdida de materia activa, se utilizan agentes quesecuestran o
complejan dichos iones, permitiendo al tensioactivo actuar. Porotro lado, los
problemas causados por la dureza del agua pueden atemperarseutilizando
tensioactivos menos sensibles a estos iones, tales como losalcoholes etoxilados o
los alquil tersulfatos (DORADO, 1996).
ARAI (1966) y COHEN et al.(1993) observaron la existencia de unvalor de
detergencia mxima asociado a un nivel dado de dureza clcica delagua, que a su
vez varia con el tipo y concentracin del tensioactivo aninicoutilizado. Una vez
alcanzado este mximo, la detergencia disminuye rpidamente. LIM& AHMAD
(2002) tambin observaron que bajas concentraciones de calciofavorecen la
detergencia (5.12 ppm CaCO3), puesto que la presencia deelectrolitos favorece la
adsorcin de tensioactivos en la interfase, modifica lasolubilidad del tensioactivo en
funcin del equilibrio inico, etc. Estudios desarrollados por XIAet al. (1996) y
VILLENUEVE et al. (2000) muestran que bajas concentraciones delos cationes
divalentes calcio y magnesio estimulan la actividad enzimtica delas lipasas, lo que
puede ser atribuido a que los cidos grasos libres formadosmediante la hidrlisis se
combinen con el calcio formen jabones insolubles y con estopermiten que la liplisis
contine.
(e) Enzimas
Numerosos son los trabajos que describen los efectosbeneficiosos de las
enzimas sobre la eliminacin de suciedades adheridas a textiles ysuperficies duras,
entre ellos destaca el aumento de la detergencia especialmente abajas
temperaturas (FLORESCU et al., 2003; RUSSELL & BRITTON,2002; NOVO, 2004;
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OBENDORF et al.,2001; XIA et al.,1996; SKAGERLIND et al., 1995;ANDREE et
al., 1980).
Los distintos tipos de enzimas presentan conformaciones ypropiedades
superficiales distintas entre s y se comportan de formadiferenciada en funcin de
las condiciones ambientales (HELIST & KORPELA, 1998; TATARAet al., 1985;
RATHI etal., 2001).
Proteasas, Amilasas y Celulasas. Varios trabajos demuestran losefectos
positivos de la incorporacin de las enzimas proteasas, amilasasy celulasas
en productos detergentes (KAME et al., 1973; CAYLE, 1981; OLSENet al,
1998; GIBSON, 1998; REN & SOMASUNDARAN, 1998; BANERJEE etal.,
1999; CARRION & SERRA, 1999, SAWADA et al., 2000; RUSSEL&
BRITTON, 2002; FLORESCU et al., 2003). Estudios desarrolladospor
FLORESCU et al. (2003) mostran que el uso del sistema compuestopor
tensioactivo, lipasas, proteasas y celulasas present unadetergencia siete
veces superior a la obtenida al duplicar la concentracin dedetergente sin
enzima. KAME et al.(1973) verificaron el efecto positivo de latemperatura (20
40C) sobre ensayos de lavado realizados con una disolucindetergente a
base de LAS y de proteasa. Estudios realizados por RUSSEL &BRITTON
(2002) respecto de la inhibicin de una proteasa en sistemasdetergentes,
muestran una influencia positiva de proteccin de la enzimacausada por
tensioactivos no inicos del tipo alcoholes etoxilados. Elaumento del tamao
de la cadena carbonada y el nmero de unidades de oxido deetileno de los
tensioactivos lleva a una disminucin de las interaccionesnegativas con el
LAS.
Lipasas. Investigaciones desarrolladas por SKAGERLIND et al.(1995) y
FUJII et al. (1986) mostraron un aumento del 20% en la eficaciade lavado en
sistemas con lipasas. OBENDORF et al. (2001) realizaron ensayoscon
enzima lipasa SP1013 y observaron que la hidrlisis de lostriglicridos
aceler el proceso de lavado. ANDREE et al. (1980) constataronque la
adicin de lipasa condujo a un valor de detergencia similar alalcanzado a
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concentraciones superiores de tensioactivos no inicos, revelandoun efecto
sinrgico entre los tensioactivos no inicos y las lipasas.Experimentos de
lavado en textiles realizados por FUJII et al. (1986) mostraronque
independientemente del tipo y concentracin de tensioactivo, laadicin de
lipasa repercute en un aumento de la eficacia del lavado.Asimismo, los
ensayos realizados con tensioactivo no inico y lipasapresentaron mayores
valores de detergencia que aquellos realizados con tensioactivosaninicos y
lipasa. HELIST & KORPELA (1998), XIA et al. (1996) y ANDREEet al.
(1980) observaron que los tensioactivos aninicos, incluyendo elLAS, ejercen
un importante efecto de inhibicin de las lipasas; por otraparte, la utilizacin
de tensioactivos no inicos, sobretodo alcoholes etoxilados yalcoholesetoxisulfatos, influyen de forma positiva en la actividady estabilidad de estas
enzimas.
(f) Temperatura
El efecto de la temperatura sobre la detergencia depende deltrinomiosustrato, suciedad y detergente. Por lo general, el aumentode la temperatura da
lugar a un mejor lavado como resultado del aumento de lavelocidad de las
reacciones qumicas y enzimticas del lavado, disminucin de lasfuerzas de
adhesin entre el sustrato y las suciedad, disminucin de laviscosidad, etc. (Tabla
II.7). El efecto es especialmente importante en dos temperaturascrticas: aquella
donde la suciedad grasa se licua y en el punto de ebullicin,debido a las burbujas
de vapor que se forman. Sin embargo, si se aumenta excesivamentela temperaturade lavado, puede ocurrir la desnaturalizacin desuciedades del tipo proteicas, la
desestabilizacin de enzimas, la disminucin de la solubilidad decomponentes, etc.
La temperatura tambin afecta al desempeo de los diversoscomponentes de
los detergentes. Para tensioactivos no inicos con puntos deenturbiamento ms
bajos que la temperatura de lavado, estos se separan de lasolucin y como
consecuencia se obtiene una detergencia ms pobre que la esperada(CARRION,
1989).
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Tabla II.7 -Efectos de la temperatura de lavado sobre ladetergencia (WILDEBRETT, 2000).
Efectos positivos Efectos negativosMenor capacidad de adhesin dealgunos tipos de
suciedades
Eliminacin pobre de suciedades proteicas
Disminucin de la viscosidad de suciedad Alteracin trmica de lasenzimas
Fusin de suciedades grasas Menor solubilizacin de sustanciasresponsables
por la dureza del agua
Mayor solubilizacin de los componentes solubles de la
suciedad
Aceleracin de las reacciones qumicas y enzimticas
Muchos trabajos indican que la detergencia alcanza un mximocuando la
temperatura del bao se aproxima a la temperatura de inversin defase (PIT), es
decir, cuando puede formarse una microemulsin bicontnua(HERRERA, 1996).
Algunos coadyuvantes tambin presentan su desempeo influenciadopor la
temperatura. El perborato sdico, por ejemplo, es ineficaz abajas temperaturas. Por
otro lado, HERRERA (1996) describe que el eficaz desengrasado deuna superficie
slo se logra si la temperatura de la solucin limpiadora alcanzacmo mnimo el
punto de fusin de la grasa a eliminar. Asimismo, la incorporacinde lipasas a los
agentes limpiadores permite lavar incluso a temperaturas bajas.Estudios realizados
por TATARA et al. (1985) demuestran que para el rangocomprendido entre 10 y
37C, la actividad enzimtica de las lipasas aumenta con latemperatura.
(g) Tiempo de lavado
De acuerdo con WILDEBRETT (2000), el tiempo de duracin dellavado no se
constituye propiamente en una magnitud independiente, ya quesiempre se acopla a
los dems factores que habitualmente interfieren en el proceso delimpieza.
La duracin ptima de una operacin de lavado depende de laconcentracin
del detergente, temperatura, agitacin mecnica y, sobre todo, delas caractersticas
qumicas y fsicas del sustrato y de la suciedad. Mantener elproceso detersivo a un
tiempo superior al requerido para alcanzar el mximo de eficaciaestacionario no
supone ventaja alguna, puesto que la redeposicin aumenta con eltranscurso deltiempo. Asimismo, tampoco resulta conveniente unproceso detersivo de muy corta
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duracin, puesto que podra dar lugar a una separacin incompletade la suciedad
del sustrato, la separacin selectiva de algunos componentes dela suciedad
dejando el sustrato ensuciado, una adsorcin de componentes en elsustrato ms
elevada de la conveniente para un buen enjuagado o aclarado,etc. (HERRERA,
1996). El tiempo ideal del lavado es una variable que sedetermina en base a las
condiciones de proceso adoptados.
(h) Efectos Hidrodinmicos
Aunque la suciedad se puede eliminar por medios qumicos yfsicos,
HERRERA (1996) menciona que son los medios fsicos los queactan
fundamentalmente en el bao de lavado. Para separar la suciedadde una superficie
slida, es necesario vencer las fuerzas de adherencia que seestablecen entre
ambos componentes. Por medios qumicos y trmicos puede reducirseesa
adhesin, pero aparte de procesos genuinos de disolucin, no seelimina del todo.
Por consiguiente, la total eliminacin de la suciedad requiere untrabajo
complementario consistente en la aplicacin de fuerzas mecnicas(KLING, 1949).
En lugar del trabajo manual desarrollado frecuentemente conayuda de cepillos, en
el campo de los mtodos mecanizados se aprovecha preferentementela energa
cintica del lquido limpiador como elemento mecnicamenteefectivo.
Para lograr una limpieza eficaz mediante liquido enmovimiento,
WILDEBRETT (2000) describe la necesidad de establecer unacorriente turbulenta
en el dispositivo de lavado. A medida que aumenta la velocidadde agitacin del
liquido, disminuye el grosor de la capa laminar, disminuyendo eltrayecto de difusin
de las partculas de suciedad hasta el seno del bao de lavado ymejorando el
lavado (KAME et al., 1973). Otro punto importante a considerares que al aumentar
la velocidad de agitacin, se aumentan tambin los gradientes deconcentracin
entre las capas de lquido adherida y en movimiento, acelerandola difusin de
componentes. Por ello, SCHWUGER (1987) describe que las mquinasde lavado
automtico cambian bruscamente la direccin del movimientogiratorio del tambor,
con objeto de aumentar la turbulencia y favorecer latransferencia de materia en la
interfase sustrato-bao de lavado.
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controlar en lo posible estas repercusiones, resulta necesariovalorar los
conocimientos actuales sobre los mecanismos de detergencia.
HERRERA (1996).
Segn DURHAM (1961) cualquier proceso detersivo comprende tresetapas
bsicas:
separacin de la suciedad (accin primaria del lavado);
estabilizacin de la suciedad en el bao de lavado (accinsecundaria del
bao de lavado); enjuagado del sustrato tras eliminar el bao delavado.
El requisito fundamental para que se elimine la suciedad delsustrato es que
se produzca la adsorcin de los componentes del detergente sobresu superficie,
adsorcin esta que origina una serie de cambios en laspropiedades interfaciales
necesarios para que dicha eliminacin sea efectiva. Todos losestudios realizados
demuestran que la tensin interfacial es la principal fuerza quese opone a la
eliminacin de la suciedad de un sustrato; la adsorcin de untensioactivo permite su
disminucin (DORADO, 1996).
El comportamiento de los diferentes tipos de suciedad vara a lolargo del
lavado. Para suciedades slidas solubles en el bao de lavado,KISSA (en:
CUTLER & KISSA, 1986) considera que el mecanismo deeliminacin sigue los
siguientes pasos fundamentales:
Mojado del sustrato/difusin de los componentes del detergente;Disolucin de la suciedad;
Transporte del material solubilizado por el bao de lavado.
Para suciedades particuladas insolubles en el bao, el mecanismode
lavado ocurre mediante las etapas presentadas en la FiguraII.14. Fenmenos
adicionales de hidratacin o de hinchamiento de partculas desuciedades coloidales
pueden provocar el incremento de la distancia entre partcula yel sustrato, que
tambin favorece el proceso detersivo (DOMINGUEZ, 1986).
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Una vez despegada la suciedad es importante que esta no vuelvaa
depositarse nuevamente sobre el sustrato, al igual que no se unaa las dems
partculas dando lugar al fenmeno de coagulacin. Es por ello queuna de las
caractersticas fundamentales de la detergencia es la accindispersante y el efecto
de antirredeposicin del detergente (SALAGER, 2004).
KISSA (en: CUTLER & KISSA, 1986) describe que el proceso deeliminacin
del material particulado insoluble normalmente sigue una cinticade primer orden,
siendo la constante de velocidad (k) funcin del tiempo, puestoque primeramente
son eliminadas las partculas de gran tamao y luego, laspartculas menores.
Situacin I:contacto entre los tres elementos del lavado;
Situacin II: el tensioactivo se difunde en elinterstciosuciedad/sustrato y se adsorbe en las interfases;formacin dedobles capas y del complejo suciedad-tensioactivo;
Situacin III:separacin de la suciedad del sustrato debido aladisminucin de las fuerzas de atraccin y consecuenteaumento de lasfuerzas de repulsin.
Figura II.14 Eliminacin de material particulado insoluble en elbao de lavado.
De forma general, los mecanismos de eliminacin para suciedadesdel tipo
lquido insolublesson ms complicados que el de materialparticulado, pudiendo
ocurrir que varios mecanismos acten a la vez, de forma separada,consecutiva o
paralela (LAI et al., en: LAI, 1997).
Los mecanismos ms conocidos de eliminacin de suciedades del tipolquidoinsolubles en el bao de lavado son el rolling up, laemulsificacin y la solubilizacin.
Recentemente MILLER & RANEY (1993) destacan la importanciade la formacin de
microemulsiones y cristales lquidos en los procesosdetersivos.
Segn ARONSON et al. (1983), el rolling upocupa un papelrelevante para
las suciedades oleosas apolares, mientras que para suciedadespolares, la
emulsificacin es ms importante. Asimismo, no es posible formularrelaciones
sencillas aplicables a todos los sistemas detersivos; lascondiciones de proceso
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Este proceso se repite n veces hasta que el poder desolubilizacin de
las micelas se agote. La capacidad para solubilizar suciedadesoleosas
depende de la estructura qumica del tensioactivo, de suconcentracin en el
bao y de la temperatura (BROZE, 1995).
Figura II.15 -Proceso de solubilizacin de suciedades grasas.
A concentraciones bajas del tensioactivo en el bao (algosuperiores a
la CMC), se puede efectuar la solubilizacin a travs de lasmicelas esfricas,
las cuales solubilizan pequeas cantidades de impurezas aceitosasliquidas.
A concentraciones del tensioactivo mas elevadas (10 100 veces laCMC), la
solubilizacin es ms similar a la formacin de microemulsiones(CARRION,
1989).
En los procesos reales de lavado, no se suelen utilizarconcentraciones
muy superiores a la CMC, por lo que la solubilizacin es casisiempre
insuficiente para dispersar toda la suciedad oleosa. En estecaso, la suciedad
no solubilizada puede quedar dispersa en el bao en forma de unaemulsin
(DURHAM, 1961). DUNGAN et al. (2003) relatan la importancia dela
solubilizacin, puesto que se evita la redeposicin.
(b) Emulsificacin. La emulsificacin se establece a travs de laadsorcin
del tensioactivo sobre las interfases suciedad oleosa/agua ysustrato/agua
orientando su cola hidrofbica hacia la grasa y su cabezahidroflica hacia el
agua. De esta forma se disminuye la tensin superficial de dichasinterfases
con respecto a la interfase grasa-sustrato, que deja de serenergticamentefavorable. Como consecuencia la suciedad se despegadel sustrato y queda
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tiempo y es debido a la interfase aire-detergente que se muevehacia la superficie. El
efecto Dupr es independiente de la velocidad a todas lasvelocidades de flujo.
Los estudios cinticos de detergencia se utilizaron tambien paraevaluar la
eficacia detergente de los tensioactivos. BEDIAKO et al.(1972)estudiaron la eficacia
detersiva de distintos jabones a partir de datos cinticos dedesorcin de la suciedad
en textiles y SCOTT (1975) compar la eficacia detersiva de lasdisoluciones de
detergentes aninicos y no inicos en la limpieza de textiles.SCOTT (1975) confirm
que la detergencia segua una cintica de primer orden y concluyque el
detergente no inico era ms eficaz en la limpieza de tejidos dealgodn ensuciados
con caoln y grasa slida y que el detergente aninico es ms eficazen los tejidos de
algodn ensuciados con grasa lquida, carbn y bentonitaoleflica.
A pesar de que los fundamentos tericos de la detergencia estabanbien
establecidos los estudios cinticos seguan centrndose en elestudio de la
velocidad a la que la suciedad era eliminada del sustrato y muypoca atencin
reciba, a pesar de su relevancia, el estudio cintico de lasdistintas etapas que
intervienen en el proceso detersivo: la velocidad de adsorcin delos constituyes
tpicos del bao de lavado (tensioactivos, coadyuvantes, agentesantirredeposicin,
etc.) sobre varios sustratos, especialmente los sustratos defibra textil comn; la
velocidad de solubilizacin de las suciedades lquidas por losbaos que contienen
tensioactivos; o la velocidad a la que ocurre el rolling up.
Una comprensin cuantitativa de la detergencia es deimportancia
fundamental en el diseo de formulaciones detergentes eficaces abajas
temperaturas, econmicas y ecolgicas y en esta direccin seorientan, los estudios
cinticos de detergencia ms recientes.
VERMA & KUMAR (1998) estudian la cintica de lavado desuciedades
grasas mediante medidas de la tensin interfacial entre mezclasde tensioactivos y
suciedad grasa en funcin del tiempo y de la temperatura;concluyen que la tensin
interfacial disminuye con el tiempo para todos los tensioactivosno inicos elegidos,
siendo dicha disminucin mas acentuada en las mezclas quecontienen mayores
fracciones de alcoholes etoxilados.
OYA (1999) desarrollan un modelo cintico de primer orden paraestudiar laeliminacin de suciedades del tipo cidos grasos comofuncin de la capacidad de
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solubilizacin del bao de lavado. Se ha utilizado como suciedadel cido esterico
y, como bao de lavado, una disolucin de dodecil sulfatosdico.
TOWNSEND & co*ckER (2001) estudian los aspectos termodinmicosy
cinticos de la teora del intercambio inico con zeolitas conespecial atencin a la
detergencia.
WARREN & BUCHANAN (2001) revisan el conocimiento actualsobre las
cinticas de disolucin de los tensioactivos. Cuando una muestrade tensioactivo se
pone en contacto con un disolvente, generalmente agua, hay unadifusin del
material hacia el disolvente, a menudo acompaado por la formacinde mesofases
en la interfase que invariablemente afectan a ladetergencia.
El proceso cintico de lavado en presencia de lipasas ha sidoestudiado por
OBENDORF et al. (2001). La incorporacin de lipasas aceler laeliminacin de la
suciedad adherida a la fibra hacia el bao de lavado. Los datosde eliminacin de
suciedad se ajustan a una funcin exponencial, de modo que lapresencia de enzima
aumenta grandemente la velocidad de eliminacin de suciedad en elperiodo inicial
del lavado (0 a 20 min.). La cantidad eliminada de suciedad alos 10 minutos es
prcticamente la misma que la observada a los 60 minutos.PATISTet al. (2001) se centran en el estudio de las cinticas demicelizacin
y de los factores que afectan a las constantes de relajacin 1(relacionada con el
intercambio de monmeros entre la disolucin y la micela) y 2(relacionada con la
formacin desintegracin de la micela). Los valores de 1 y 2determinan la
estabilidad de las micelas que juegan un papel importante en losprocesos
tecnolgicos que implican un aumento del rea interfacial talescomo la formacin de
espumas, el mojado, la emulsificacin, la solubilizacin y ladetergencia. Losresultados sugieren que se pueden disear micelasapropiadas con estabilidad
especfica controlando la estructura del tensioactivo, laconcentracin y las
condiciones fisicoqumicas, as como la mezcla de tensioactivosaninicos/catinicos
inicos/ no inicos para una aplicacin tecnolgica deseada.
DUNGAN et al. (2003) estudian la velocidad de transferencia demateria a
partir de gotas de aceite hacia la solucin acuosa micelar.Parmetros crticos
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adimensionales que caracterizan la transferencia de materia enla interfase han sido
determinados, as como ecuaciones de velocidad en algunos casoslmite.
PARIA et al. (2004) estudian el equilibrio y las cinticas deadsorcin del
dodecilbenceno sulfonato sdico (NaDBS) sobre superficies decelulosa. Mediante la
introduccin del tensioactivo catinico bromuro decetiltrimetilamonio (CTAB) (de
propiedades bactericidas y suavizantes de ropa) inducen unamodificacin de la
adsorcin que resulta en un aumento de la velocidad de adsorcindel NaDBS. Los
resultados sugieren que para potenciar la adsorcin del NaDBS esmejor pretratar la
superficie con el tensioactivo catinico CTAB que mezclar elmismo en la
formulacin. En el ltimo caso la formacin del par inico dificultala adsorcin en los
sitios cargados.
2.4.4 Mtodos y Dispositivos Utilizados para la Evaluacin de laDetergencia
Durante la etapa de desarrollo de una formulacin detergente serealizan
ensayos de detergencia a distintos niveles, clasificados comotests de laboratorio,
evaluaciones prcticas y tests de consumidor. Segn SACHDEV &KRISHNAN (En:
LAI, 1997), dichas pruebas se realizan con el objeto deoptimizar las proporciones de
los componentes de la formulacin, determinar la eficaciadetersiva del producto bajo
distintas condiciones, proporcionar una idea de la aceptacin porparte de los
consumidores, etc. Los mtodos y dispositivos a utilizar en losensayos de
detergencia varan segn el tipo de producto y la fase en que seencuentre el
desarrollo de la formulacin.
A nivel de laboratorio, los ensayos de detergencia se realizanen dispositivos
de tamao reducido especialmente desarrollados para este fin yque intentan
reproducir dentro de lo que cabe, las condiciones de un lavadoreal. Adems, estos
sistemas deben ser capaces de detectar cuales son las variablesverdaderamente
significativas, medirlas con precisin y controlarlascorrectamente. Si se cumplen
estas condiciones, los resultados alcanzados en estos ensayossern muy tiles
para las etapas posteriores (evaluaciones prcticas y tests deconsumidor).
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En la medida en que se aumenta el nmero de variables a estudiaren un
ensayo de laboratorio, se hace necesario recurrir a estrategiasexperimentales que
permitan obtener, a partir de un nmero mnimo de ensayos, lasinformaciones que
se buscan. Teniendo en cuenta que las variables de lavado muchasveces
interaccionan entre si de forma sinrgica o antagnica (MIZUNO,en: CUTLER &
KISSA, 1981) considera que los mtodos clsicos uno a la vez noson adecuados;
en contrapartida la metodologa del diseo estadstico deexperimentos (vase
apartado 2.5) resulta una excelente opcin para el anlisis deestos problemas.
De forma general, los pasos que deben darse en un ensayo delaboratorio
son los siguientes:
(a) Eleccin del sustrato y de la suciedad;
(b) Aplicacin de la suciedad al sustrato de la manera msreproducible
posible;
(c) Lavado del sustrato mediante el contacto con un bao delavado,
controlando las condiciones experimentales;
(d) Separacin del sustrato del bao (o viceversa) y analisis dela cantidad desuciedad retirada del sustrato o de la arrastradahacia el bao de lavado.
En lugar de utilizar suciedades naturales, los ensayos delaboratorio suelen
utilizar suciedades artificiales de composicin perfectamenteconocida que pueden
ser adquiridas comercialmente o preparadas por el propioinvestigador (JAKOBI &
LHR, en: KAUNDY et al., 1987). Los mtodos disponibles paraefectuar la
aplicacin de la suciedad al sustrato son fundamentalmente dos:el contacto directo
entre los materiales y la transferencia de una superficie aotra; la opcin por un
mtodo u otro depender del tipo de suciedad a utilizar y de laspreferencias
personales (KISSA, en: CUTLER & KISSA, 1987).
En cuanto a los mtodos utilizados para evaluacin de ladetergencia a nivel
de laboratorio, se destacan los mtodos gravimtricos, visualeso
espectrofotomtricos, aunque existe la posibilidad del empleo desuciedad marcada
radioactivamente (DURHAM, 1961), cuya concentracin se determinamediantemedidas de la radioactividad que permanece en la superficiedel sustrato despus
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de ser lavado. Otras tcnicas posibles de utilizacin parasuperficies duras son la
microbalanza de cristal de cuarzo (WEERAWARDENA et al., 2000) yla elipsometria.
Las evaluaciones prcticas se desarrollan en aparatos delavado
comerciales utilizando suciedades naturales, bajo una granvariedad de condiciones
de lavado desarrolladas a partir de las situaciones reales. Laprecisin analtica
puede ser mejorada en esta etapa utilizndo tcnicas massofisticadas de analisis,
cuya aplicacin resulta mas laboriosa. La mejor opcin deevaluacin se basa en
anlisis visual de la superficie mediante medidas fsicas.
Por ltimo, para alcanzar la seguridad con respecto a laaceptacin del
producto final, se realizan tests de consumidor en los que stosprueban el
detergente en sus propias casas bajo las condiciones de lavadoque suelen aplicar.
La precisin de estos tests es limitada y se necesita que un grannmero de
personas participe para obtener resultados estadsticamentevlidos.
A continuacin se describirn algunos dispositivos utilizados enlos ensayos
de detergencia durante las etapas de desarrollo de unaformulacin detergente,
tanto para textiles como para superficies duras.
(a) Dispositivos para Textiles
De acuerdo con DOMINGUEZ (1986), los dispositivos yprocedimientos de
lavado disponibles para la evaluacin de la detergencia entextiles son muy
numerosos y muchas veces, poco concordantes. De ah la necesidadde normalizar
el aparato de lavado, el tejido sucio, las condiciones deproceso y los procedimientos
experimentales. Por otro lado, si consideramos la variedad detipos de maquinaslavadoras y las variaciones ambientales(temperatura, concentracin de iones, etc.)
en las cuales se desarrolla el lavado, la tarea se vuelve todavams complicada.
Normalmente las condiciones experimentales de los ensayos delavado de
textiles se establecen con base en valores prcticos empleados.Entre los distintos
aparatos utilizados para la evaluacin de la detergencia entextiles, se destacan los
siguientes:
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Aparatos con frascos de vidrio o de metal, que giran dentro delbao
termostatizado, adosados a un eje de rotacin. Cada frascocontiene
muestras de tejidos, el bao de lavado y bolas de goma o aceropara
ejercer efectos de frotamiento. El ejemplo clsico de este tipode
dispositivo es el Launder-O-Meter (Atlas Electric DevicesChicago, IL).
Aparatos con un movimiento que imita el de una paleta de unalavadora
domestica. El tpico Terg-O-Tometer que consta de cuatroagitadores que
realizan su movimiento dentro de recipientes de dos litros,introducidos en
un bao termostatizado.
Aparatos que comunican al tejido el movimiento de vaivn. En elDeter-
Meter, se coloca el tejido dentro de un cilindro de acero consus bases
cerradas por dos telas metlicas de bronce. El cilindro seintroduce en el
bao y se somete a un movimiento de agitacin vertical.
Lavadoras a escala de laboratorio. En general, constan de untambor
perforado, en cuyo interior se coloca el tejido, que giraalrededor de un eje
inclinado, sumergido en la solucin detersiva.
Los distintos sistemas descritos anteriormente intentan simularde la forma
ms real posible, el proceso de lavado en lavadoras de ropasautomticas. El Terg-
O-Tometer suele ser utilizado en aquellos pases en que laslavadoras funcionan
mayoritariamente con un sistema de agitacin del bao de lavadomediante paletas
que giran en un sistema de vaivn. En Europa, el Lander-O-Metersimula de forma
adecuada las maquinas lavadoras.
Para fines de comparacin, se presenta en la Tabla II.8 lascondiciones
estndares adoptadas por NOVO (2004) para la realizacin deensayos de lavado a
nivel de laboratorio en Europa y Estados Unidos.
Todos los dispositivos citados son muy comunes, ya que seaconseja su uso
en varios mtodos de ensayo de detergencia normalizados, talescomo los ofrecidos
por la American Society for Testing and Materials (ASTM) o laInternational
Organization for Standardization (ISO), con sus equivalentesespaoles de Una
Norma Espaola (UNE). En la Tabla II.9 se recopilan ejemplos deensayos
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