Jabón lavavajillas y tensioactivos

1.Introducción

Con el desarrollo de la industria química, el nivel de vida de las personas ha mejorado continuamente. Si bien esto ha mejorado notablemente, también ha generado graves problemas ambientales, llegando incluso a poner en peligro la salud y la seguridad humanas. Ante la creciente demanda de salud, la seguridad de los productos químicos omnipresentes en la vida cotidiana ha captado la atención pública. Los detergentes, sustancias químicas de uso generalizado en la vida diaria y la producción industrial, han suscitado una especial preocupación pública en cuanto a su seguridad.

La seguridad de los productos químicos ha sufrido una crisis de credibilidad. Esta situación se debe, por un lado, a la gran dependencia de la producción de detergentes de materias primas tradicionales y, por otro, a la falta de conocimientos especializados del público sobre los procesos de producción química.

En este contexto, guiado por el concepto central de la química verde —“reducir y eliminar la contaminación ambiental en la fuente”— este estudio diseña y desarrolla nuevosdetergenteformulaciones. Respetuosas con el medio ambiente.tensioactivosy en la formulación de este detergente se emplean reactivos químicos capaces de inhibir los microorganismos en el agua.

2.Estado de desarrollo actual deDetergentes

Desde que la humanidad entró en la sociedad civilizada, las actividades de lavado siempre han sido una parte indispensable de la vida humana. Hace unos 5000 años, los humanos comenzaron a recolectar sustancias naturales aptas para el lavado, como los frutos del algarrobo chino y los componentes alcalinos de las cenizas vegetales. Trescientos años después, los humanos produjeron tensioactivos artificialmente. Hace más de un siglo, se inventó el jabón. Desde entonces, el jabón hecho de grasa, álcali, sal, especias y pigmentos se ha convertido en un detergente tradicional. El primer detergente sintético artificial, el alquil naftaleno sulfonato, surgió durante la Primera Guerra Mundial. Fue desarrollado por la empresa alemana BASF en 1917 y se puso oficialmente en producción en 1925. La popularización de los detergentes sintéticos tuvo lugar tras el descubrimiento del alquil bencenosulfonato de sodio y el tetrapropilen alquil benceno, y su lanzamiento oficial a la producción entre 1935 y 1939.

3.Ingredientes efectivos y mecanismo de acción deDetergentes

3.1LavadoPrincipio

El lavado, en sentido general, se refiere al proceso de eliminar la suciedad de la superficie de un soporte. Durante el lavado, la acción del detergente debilita o elimina la interacción entre la suciedad y el soporte, transformando la unión entre la suciedad y el soporte en una unión entre la suciedad y el detergente. Finalmente, la suciedad se separa del soporte mediante el enjuague y otros métodos. El proceso básico de lavado se puede expresar mediante la siguiente relación simple:

Portador·Suciedad + Detergente → Portador + Suciedad·Detergente

La adhesión de la suciedad a los objetos se divide en adhesión física y adhesión química. La adhesión física, a su vez, incluye la adhesión mecánica y la adhesión electrostática.

La adhesión química se refiere principalmente a la adhesión lograda mediante enlaces químicos. Por ejemplo, las manchas de proteínas y el óxido adheridos a artículos de fibra pertenecen a la adhesión química. Dado que la fuerza de interacción química de este tipo de adhesión suele ser fuerte, la suciedad se adhiere firmemente al sustrato y resulta extremadamente difícil de eliminar, requiriendo métodos de tratamiento especiales.

La fuerza de interacción entre la suciedad adherida por adhesión física y el sustrato es relativamente débil, lo que facilita su eliminación en comparación con la adhesión química. La suciedad con adhesión mecánica se elimina fácilmente; solo resulta difícil cuando las partículas son pequeñas (<0,1 μm). La adhesión electrostática se manifiesta como la interacción entre partículas de suciedad cargadas y cargas opuestas. Esta fuerza es mayor que la mecánica, lo que dificulta considerablemente la eliminación de la suciedad.

El proceso de lavado para la eliminación de suciedad generalmente se considera que incluye las siguientes etapas:

A. Adsorción: Los tensioactivos en los detergentes experimentan una adsorción direccional en la interfaz entre la suciedad y el soporte.

B. Humectación y penetración: Debido a la adsorción direccional interfacial de los tensioactivos, el detergente puede penetrar entre la suciedad y el soporte, humedecer el soporte y reducir la fuerza de adhesión entre la suciedad y el soporte.

C. Dispersión y estabilización de la suciedad: La suciedad desprendida de la superficie portadora se dispersa, emulsiona o solubiliza en la solución detergente, lo que garantiza que la suciedad desprendida no se vuelva a adherir a la superficie limpia.

3.1.1 Tipos de suelo

El término «suelo» se refiere a sustancias grasas que se adhieren a soportes y adhesivos, y que presentan una composición extremadamente compleja. Según su forma, puede clasificarse a grandes rasgos en suelo sólido, suelo líquido y suelo especial.

Entre las suciedades sólidas comunes se incluyen el óxido, el polvo, las partículas de negro de humo y similares. La superficie de estas sustancias suele tener cargas negativas, lo que las hace propensas a adherirse a los sustratos. La mayoría de las suciedades sólidas particuladas son insolubles en agua, pero se dispersan fácilmente en soluciones acuosas que contienen detergentes; las partículas sólidas más grandes son más fáciles de eliminar. La mayoría de las suciedades líquidas comunes son solubles en aceite y pueden sufrir saponificación con soluciones alcalinas, lo que explica por qué la mayoría de los detergentes son alcalinos. Las suciedades especiales se refieren principalmente a manchas difíciles como manchas de sangre, savia de plantas y secreciones humanas. Este tipo de suciedad se elimina principalmente con lejía, ya que su fuerte propiedad oxidante puede destruir sus grupos cromóforos.

3.2 Ingredientes activos en los detergentes

Los tensioactivos, también conocidos como sustancias tensioactivas, son los principales componentes funcionales de los detergentes. Se disuelven rápidamente en agua y presentan excelentes propiedades, como la descontaminación, la formación de espuma, la solubilización, la emulsificación, la humectación y la dispersión.

3.2.1 Tensioactivos: Origen y desarrollo

Los experimentos han demostrado que añadir ciertas sustancias al agua puede alterar su tensión superficial, y que diferentes sustancias ejercen efectos variables sobre la tensión superficial del agua.

En cuanto a la propiedad de reducir la tensión superficial, la capacidad de disminuir la tensión superficial de un disolvente se define como actividad superficial, y las sustancias con actividad superficial se denominan tensioactivos. Las sustancias que pueden modificar significativamente el estado interfacial de un sistema de solución al añadirse en pequeñas cantidades se denominan surfactantes.

Un tensioactivo es una sustancia que, al añadirse a un disolvente en pequeñas cantidades, puede reducir notablemente la tensión superficial de este y modificar el estado interfacial del sistema. Esto da lugar a una serie de funciones, como humectación o deshumectación, emulsificación o demulsificación, dispersión o floculación, formación o eliminación de espuma, solubilización, hidratación, esterilización, ablandamiento, repelencia al agua, propiedades antiestáticas y resistencia a la corrosión, para satisfacer las exigencias de las aplicaciones prácticas.

Los tensioactivos a base de jabón aparecieron por primera vez en el antiguo Egipto alrededor del año 2500 a. C., donde los antiguos egipcios elaboraban productos de limpieza a partir de una mezcla de grasa de cordero y ceniza vegetal. Alrededor del año 70 d. C., Plinio, del Imperio Romano, creó la primera pastilla de jabón de grasa de cordero. El jabón no alcanzó gran popularidad hasta 1791, cuando el químico francés Nicolas Leblanc descubrió el método para producir sosa cáustica mediante la electrólisis del cloruro de sodio. Un producto de la segunda etapa del desarrollo de los tensioactivos es el aceite rojo turco, también conocido como aceite de ricino sulfonado. Se sintetiza mediante la reacción del aceite de ricino con ácido sulfúrico concentrado a baja temperatura, seguida de la neutralización con hidróxido de sodio. El aceite rojo turco posee un poder emulsionante, permeabilidad, humectabilidad y difusibilidad excepcionales, y supera al jabón en resistencia al agua dura, los ácidos y las sales metálicas.

3.2.2 Estructura de la actividad superficial

Las propiedades únicas de los tensioactivos se deben a su estructura molecular especial. Los tensioactivos son generalmente moléculas lineales que contienen grupos polares hidrófilos y grupos hidrofóbicos no polares lipofílicos.

Los grupos hidrófobos presentan estructuras diversas, como cadenas lineales, ramificadas y cíclicas. Las más comunes son las cadenas de hidrocarburos, que incluyen alcanos, alquenos, cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos, con un número de átomos de carbono que oscila entre 8 y 20. Otros grupos hidrófobos incluyen alcoholes grasos, alquilfenoles y grupos atómicos que contienen flúor, silicio y otros elementos. Los grupos hidrófilos se clasifican en aniónicos, catiónicos, iónicos anfóteros y no iónicos. Los tensioactivos iónicos pueden ionizarse en agua para transportar cargas eléctricas, mientras que los tensioactivos no iónicos no pueden ionizarse en agua, pero poseen polaridad y solubilidad en agua.

3.2.3 Tensioactivos nocivos comunes

Los tensioactivos se utilizan ampliamente en la vida cotidiana, pero son, sin duda, sustancias químicas. Muchas materias primas para su elaboración poseen toxicidad y son contaminantes. Inevitablemente, dañan el medio ambiente; al entrar en contacto con la piel, pueden irritarla, e incluso algunos presentan una alta toxicidad y corrosividad, causando graves daños al organismo. A continuación, se presentan algunos tensioactivos nocivos comunes:

A. APEO

El APEO es un surfactante no iónico común, compuesto por un grupo alquilo y un grupo etoxi. La variación en la longitud de la cadena de carbono del grupo alquilo y las diferentes cantidades de adición del grupo etoxi dan lugar a numerosas formas de APEO con diferencias significativas en su rendimiento. En el proceso de síntesis del APEO, el producto principal no es cancerígeno, pero sus subproductos son corrosivos para la piel y los ojos, e incluso algunos pueden causar cáncer en casos graves. Si bien no daña directamente a los organismos, el APEO representa un riesgo hormonal ambiental. Estas sustancias químicas ingresan al cuerpo humano por diversas vías, ejercen efectos similares a los del estrógeno, alteran la secreción hormonal normal y reducen el recuento de espermatozoides masculinos. No solo es perjudicial para los humanos; algunos informes indican que su materia prima sintética, el NPEO, también causa daños sustanciales a los peces.

B. PFOS

El PFOS, cuyo nombre completo es perfluorooctanosulfonato, es un término general que engloba a una clase de tensioactivos perfluorados. Posee un efecto de amplificación ambiental. Debido a sus propiedades físico-químicas especiales, el PFOS es extremadamente difícil de degradar y se considera una de las sustancias más persistentes. Tras ingresar en el organismo animal y humano a través de la cadena alimentaria, se acumula en grandes cantidades y representa una grave amenaza para la salud biológica.

C. LAS

El LAS es un importante contaminante orgánico que causa graves daños al medio ambiente. Puede alterar las propiedades físicas y químicas del suelo, como el pH y el contenido de agua, inhibiendo así el crecimiento de las plantas. Además, al llegar a los cuerpos de agua, el LAS puede combinarse con otros contaminantes para formar partículas coloidales dispersas y presenta toxicidad para organismos superiores e inferiores juveniles.

D. Tensioactivos fluorocarbonados

El PFOA y el PFOS son los dos principales tensioactivos fluorocarbonados tradicionales. Diversos estudios han demostrado que estos compuestos presentan una alta toxicidad, causan contaminación ambiental persistente y se acumulan masivamente en los organismos. Por consiguiente, fueron incluidos en la lista de Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP) por las Naciones Unidas en 2009.

4 Tensioactivos ecológicos y de nuevo tipo

A. Tensioactivos a base de aminoácidos

Los tensioactivos a base de aminoácidos se elaboran principalmente a partir de biomasa, una materia prima abundante. Se caracterizan por su baja toxicidad y escasos efectos secundarios, propiedades suaves, baja irritación para los organismos y excelente biodegradabilidad. Según las propiedades de carga de los grupos hidrófilos tras la ionización en agua, se clasifican en cuatro categorías: catiónicos, aniónicos, no iónicos y anfóteros. Entre los tipos más comunes se encuentran los de aminoácidos N-alquilados, los de ésteres de aminoácidos y los de aminoácidos N-acilados.

B. Tensioactivos enzimáticos de piña

Los tensioactivos enzimáticos de piña se producen mediante la fermentación de harina de semillas de camelia y torta de aceite residual tras la extracción del aceite, cáscara de piña, junto con levadura en polvo, pectinasa y otros microorganismos. Si bien la estructura molecular de sus ingredientes activos aún no está clara, los datos experimentales demuestran que ofrecen un rendimiento de lavado favorable.

C. SAA

El SAA es un derivado del aceite de palma. Al ser un producto elaborado a partir de materias primas vegetales renovables, ha despertado gran interés. Su proceso de producción es ecológico. Además, en aguas duras con alto contenido de iones de calcio y magnesio, precipita las sales de calcio mucho más lentamente que los tensioactivos de uso común como el LAS y el AS, lo que le confiere una excelente capacidad de limpieza en aplicaciones prácticas.

5. Perspectivas del desarrollo de detergentes

En el mercado mundial de detergentes, si bien los países difieren en sus prioridades y tendencias de desarrollo, la dirección general de la investigación en este campo se mantiene constante. La concentración y la licuefacción de los detergentes se han convertido en tendencias predominantes, mientras que la conservación del agua, la seguridad, el ahorro energético, la profesionalidad, el respeto al medio ambiente y la multifuncionalidad se han consolidado como líneas de desarrollo populares. Los tensioactivos, materias primas esenciales de los detergentes, evolucionan hacia una mayor suavidad, una formulación más compleja y una mayor compatibilidad ambiental. Las preparaciones enzimáticas, que destacan por su alta eficiencia, especificidad y respeto al medio ambiente, se han convertido en un foco de investigación clave en el desarrollo de detergentes. En resumen, las tendencias de desarrollo de la industria de los detergentes se describen a continuación:

Diversificación, especialización y segmentación de los productos detergentes. Los detergentes se pueden clasificar en sólidos, polvos, líquidos y geles según su forma; concentrados y regulares según su contenido de ingredientes activos; y en diversas categorías según su envase, color y fragancia.

Los detergentes líquidos se perfilan como la categoría de producto más prometedora. En comparación con los detergentes sólidos, los líquidos ofrecen un mejor rendimiento en lavados a baja temperatura, fórmulas más flexibles y procesos de producción más sencillos. Además, requieren menor inversión en equipos y consumen menos energía durante su producción.

Concentración progresiva de productos detergentes. Desde 2009, los detergentes concentrados se han dividido en tres categorías principales: detergente en polvo concentrado, cápsulas de detergente concentrado y detergente líquido concentrado. Los detergentes concentrados ofrecen ventajas notables sobre los productos tradicionales, como un alto contenido de sustancias activas, una gran capacidad de limpieza y ahorro de energía. Además, gracias a su fórmula concentrada, ahorran materiales de embalaje, reducen los costos de transporte y ocupan menos espacio de almacenamiento.

Orientación hacia la seguridad humana. Con la mejora del nivel de vida, las personas ya no evalúan los detergentes únicamente por su capacidad para eliminar manchas. La seguridad humana, la no toxicidad y la suavidad para no irritar se han convertido en criterios cruciales para la selección de detergentes.

Desarrollo de productos ecológicos. La eutrofización causada por los detergentes que contienen fósforo y los efectos ambientales adversos de los agentes blanqueadores han generado gran preocupación pública. En respuesta a las exigencias de la química verde, la selección de materias primas para detergentes se está orientando gradualmente hacia opciones suaves y respetuosas con el medio ambiente.

Multifuncionalidad. La multifuncionalidad es una tendencia de desarrollo predominante en diversos productos sociales, y los artículos de uso diario con múltiples funciones se han vuelto comunes. En el futuro, los detergentes integrarán la eliminación de manchas con funciones como la esterilización, la desinfección y el blanqueo.