Detergente para louça e surfactantes

1.Introdução

Com o desenvolvimento da indústria química, o padrão de vida das pessoas tem melhorado continuamente. Embora a qualidade de vida tenha sido significativamente aprimorada, isso também causou graves problemas ambientais, chegando a colocar em risco a saúde e a segurança humanas. À medida que as exigências da população em relação à saúde continuam a aumentar, a segurança dos produtos químicos onipresentes no cotidiano tem atraído grande atenção pública. Os detergentes, por serem substâncias químicas amplamente utilizadas no dia a dia e na produção industrial, têm despertado particular preocupação pública quanto à sua segurança.

A segurança dos produtos químicos enfrenta uma crise de credibilidade. Essa situação decorre, por um lado, da forte dependência da produção de detergentes em matérias-primas tradicionais e, por outro, da falta de conhecimento técnico do público sobre os processos de produção química.

Nesse contexto, guiado pelo conceito central da química verde — “reduzir e eliminar a poluição ambiental na fonte” — este estudo concebe e desenvolve novas soluções.detergenteFormulações ecológicas.surfactantesNesta formulação de detergente, são utilizados reagentes químicos capazes de inibir microrganismos na água.

2.Estado atual de desenvolvimento deDetergentes

Desde que a humanidade entrou na sociedade civilizada, as atividades de lavagem sempre foram uma parte indispensável da vida humana. Há cerca de 5.000 anos, os humanos começaram a coletar substâncias naturais que facilitavam a lavagem, como os frutos da acácia-melífera chinesa e os componentes alcalinos das cinzas de plantas. Trezentos anos depois, os surfactantes foram produzidos artificialmente. Há mais de um século, o sabão foi inventado. Desde então, o sabão feito de gordura, álcalis, sal, especiarias e pigmentos tornou-se um detergente tradicional. O primeiro detergente sintético, o alquil naftaleno sulfonato, surgiu durante a Primeira Guerra Mundial. Foi desenvolvido pela BASF, na Alemanha, em 1917 e entrou oficialmente em produção em 1925. A popularização dos detergentes sintéticos ocorreu após a descoberta do alquil benzeno sulfonato de sódio e do tetrapropileno alquil benzeno, que começaram a ser produzidos oficialmente entre 1935 e 1939.

3.Ingredientes eficazes e mecanismo de ação deDetergentes

3.1LavagemPrincípio

Lavar, em sentido geral, refere-se ao processo de remoção de sujeira da superfície de um suporte. Durante a lavagem, a ação do detergente enfraquece ou elimina a interação entre a sujeira e o suporte, convertendo a ligação entre sujeira e suporte em ligação entre sujeira e detergente. Por fim, a sujeira é separada do suporte por meio de enxágue e outros métodos. O processo básico de lavagem pode ser expresso pela seguinte relação simples:

Transportador·Sujeira + Detergente → Transportador + Sujeira·Detergente

A adesão da sujeira aos objetos divide-se em adesão física e adesão química. A adesão física, por sua vez, inclui a adesão mecânica e a adesão eletrostática.

A adesão química refere-se principalmente à adesão que ocorre por meio de ligações químicas. Por exemplo, manchas de proteína e ferrugem aderidas a artigos de fibra são exemplos de adesão química. Como a força de interação química desse tipo de adesão é geralmente forte, a sujeira fica firmemente aderida ao substrato e é extremamente difícil de remover, exigindo métodos de tratamento especiais.

A força de interação entre a sujeira aderida por adesão física e o substrato é relativamente fraca, tornando sua remoção mais fácil em comparação com a adesão química. A sujeira com adesão mecânica é fácil de remover; a dificuldade de remoção só ocorre quando as partículas de sujeira são pequenas (<0,1 μm). A adesão eletrostática se manifesta como a interação entre partículas de sujeira carregadas com cargas opostas. Essa força é mais forte que a força mecânica, resultando em uma remoção de sujeira relativamente mais difícil.

O processo de lavagem para remoção de sujidade é geralmente considerado como incluindo as seguintes etapas:

A. Adsorção: Os surfactantes presentes nos detergentes sofrem adsorção direcional na interface entre a sujeira e o suporte.

B. Molhabilidade e Penetração: Devido à adsorção direcional interfacial dos surfactantes, o detergente pode penetrar entre a sujeira e o suporte, molhando-o e reduzindo a força de adesão entre a sujeira e o suporte.

C. Dispersão e estabilização da sujeira: A sujeira desprendida da superfície do suporte é dispersa, emulsionada ou solubilizada na solução detergente, garantindo que a sujeira desprendida não volte a aderir à superfície limpa.

3.1.1 Tipos de Solo

O termo "sujeira" refere-se a substâncias oleosas aderidas a suportes, bem como a adesivos dessas substâncias oleosas, apresentando uma composição extremamente complexa. Com base em suas diferentes formas, pode ser classificada, de maneira geral, em sujeira sólida, sujeira líquida e sujeira especial.

Sujeiras sólidas comuns incluem ferrugem, poeira, partículas de negro de fumo e similares. As superfícies dessas substâncias geralmente possuem cargas negativas, o que as torna propensas a aderir a substratos. A maioria das sujeiras sólidas particuladas é insolúvel em água, porém pode ser facilmente dispersa em soluções aquosas contendo detergentes; partículas sólidas maiores são mais fáceis de remover. A maioria das sujeiras líquidas comuns é solúvel em óleo e pode sofrer saponificação com soluções alcalinas, o que explica por que a maioria dos detergentes é alcalina. Sujeiras especiais referem-se principalmente a manchas persistentes, como manchas de sangue, seiva de plantas e secreções humanas. Esse tipo de sujeira é removido principalmente por alvejantes, pois a forte propriedade oxidante dos alvejantes pode destruir seus grupos cromóforos.

3.2 Ingredientes ativos em detergentes

Os surfactantes, também conhecidos como substâncias tensoativas, são os principais componentes funcionais dos detergentes. Eles se dissolvem rapidamente em água e apresentam excelentes propriedades, incluindo descontaminação, formação de espuma, solubilização, emulsificação, umectação e dispersão.

3.2.1 Surfactantes: Origem e Desenvolvimento

Experimentos demonstraram que a adição de certas substâncias à água pode alterar sua tensão superficial, e diferentes substâncias exercem efeitos variados sobre a tensão superficial da água.

Em termos da propriedade de reduzir a tensão superficial, a capacidade de diminuir a tensão superficial de um solvente é definida como atividade superficial, e as substâncias com atividade superficial são chamadas de substâncias tensoativas. Substâncias que podem alterar significativamente o estado interfacial de um sistema de solução quando adicionadas em pequenas quantidades são denominadas surfactantes.

Um surfactante é uma substância que, quando adicionada a um solvente em doses ínfimas, pode reduzir significativamente a tensão superficial do solvente e alterar o estado interfacial do sistema. Isso resulta em uma série de funções, como molhagem ou desmolhamento, emulsificação ou desestabilização de emulsões, dispersão ou floculação, formação ou eliminação de espuma, solubilização, hidratação, esterilização, amolecimento, repelência à água, propriedade antiestática e resistência à corrosão, para atender às demandas de aplicações práticas.

Os surfactantes à base de sabão surgiram pela primeira vez no antigo Egito, por volta de 2500 a.C., onde os antigos egípcios produziam produtos de limpeza a partir de uma mistura de gordura de carneiro e cinzas vegetais. Por volta de 70 d.C., Plínio, do Império Romano, criou a primeira barra de sabão de gordura de carneiro. O sabão só ganhou popularidade generalizada em 1791, quando o químico francês Nicolas Leblanc descobriu o método de produção de soda cáustica por meio da eletrólise do cloreto de sódio. Um produto da segunda etapa do desenvolvimento de surfactantes é o Óleo Vermelho da Turquia, também conhecido como Óleo de Rícino Sulfonado. Ele é sintetizado pela reação do óleo de rícino com ácido sulfúrico concentrado em baixa temperatura, seguida de neutralização com hidróxido de sódio. O Óleo Vermelho da Turquia possui excelente poder emulsificante, permeabilidade, molhabilidade e difusibilidade, e supera o sabão em resistência à água dura, ácidos e sais metálicos.

3.2.2 Estrutura da Atividade Superficial

As propriedades únicas dos surfactantes derivam de sua estrutura molecular especial. Os surfactantes são geralmente moléculas lineares que contêm grupos polares hidrofílicos e grupos hidrofóbicos apolares lipofílicos.

Os grupos hidrofóbicos apresentam diversas estruturas, como cadeias lineares, cadeias ramificadas e estruturas cíclicas. Os mais comuns são as cadeias de hidrocarbonetos, incluindo alcanos, alcenos, cicloalcanos e hidrocarbonetos aromáticos, com a maioria dos átomos de carbono variando de 8 a 20. Outros grupos hidrofóbicos incluem álcoois graxos, alquilfenóis e grupos atômicos contendo flúor, silício e outros elementos. Os grupos hidrofílicos são categorizados em aniônicos, catiônicos, iônicos anfotéricos e não iônicos. Os surfactantes iônicos podem se ionizar em água, adquirindo cargas elétricas, enquanto os surfactantes não iônicos não se ionizam em água, mas possuem polaridade e solubilidade em água.

3.2.3 Surfactantes nocivos comuns

Os surfactantes são amplamente utilizados no dia a dia, mas são inegavelmente substâncias químicas. Muitas matérias-primas para a produção de surfactantes possuem certas propriedades tóxicas e poluentes. Inevitavelmente, causam danos ao meio ambiente; em contato com a pele humana, podem causar irritação e alguns apresentam alta toxicidade e corrosividade, infligindo danos severos ao organismo. A seguir, apresentamos alguns surfactantes nocivos comuns:

A. APEO

O APEO é um tipo comum de surfactante não iônico, composto por uma porção alquila e uma porção etóxi. Variações no comprimento da cadeia carbônica da porção alquila e diferentes quantidades de adição da porção etóxi resultam em inúmeras formas de APEO, com diferenças significativas de desempenho entre elas. No processo de síntese do APEO, o produto principal não é carcinogênico, mas seus subprodutos são corrosivos para a pele e os olhos, e alguns podem até causar câncer em casos graves. Embora não prejudique diretamente os organismos, o APEO representa um risco hormonal ambiental. Essas substâncias químicas entram no corpo humano por diversas vias, exercem efeitos semelhantes ao estrogênio, interferem na secreção hormonal humana normal e reduzem a contagem de espermatozoides em homens. Além de ser prejudicial aos humanos, relatos indicam que sua matéria-prima sintética, o NPEO, também causa danos substanciais aos peixes.

B. PFOS

PFOS, cujo nome completo é Sulfonato de Perfluorooctano, é um termo genérico para uma classe de surfactantes perfluorados. Possui um efeito de amplificação ambiental. Devido às suas propriedades físico-químicas especiais, o PFOS é extremamente difícil de degradar e é considerado uma das substâncias mais recalcitrantes. Após entrar no corpo de animais e humanos através da cadeia alimentar, acumula-se em grandes quantidades e representa uma grave ameaça à saúde biológica.

C. LAS

O LAS é um importante poluente orgânico que causa grandes danos ao meio ambiente. Ele pode alterar as propriedades físicas e químicas do solo, como o pH e o teor de água, inibindo assim o crescimento das plantas. Além disso, ao chegar aos corpos d'água, o LAS pode se combinar com outros poluentes, formando partículas coloidais dispersas e apresentando toxicidade para organismos juvenis, tanto superiores quanto inferiores.

D. Surfactantes fluorocarbonados

PFOA e PFOS são os dois principais surfactantes fluorocarbonados tradicionais. Estudos relevantes demonstraram que esses compostos apresentam alta toxicidade, causam poluição ambiental persistente e se acumulam em grande quantidade nos organismos. Consequentemente, foram classificados como Poluentes Orgânicos Persistentes (POPs) pelas Nações Unidas em 2009.

4 Surfactantes Verdes e de Novo Tipo

A. Surfactantes à base de aminoácidos

Os surfactantes à base de aminoácidos são produzidos principalmente a partir de matérias-primas de biomassa com fontes abundantes. Apresentam baixa toxicidade e efeitos colaterais, propriedades suaves, baixa irritação para os organismos e excelente biodegradabilidade. De acordo com as propriedades de carga dos grupos hidrofílicos após a ionização em água, podem ser classificados em quatro categorias: catiônicos, aniônicos, não iônicos e anfotéricos. Os tipos mais comuns incluem os surfactantes de N-alquil aminoácidos, os de éster de aminoácidos e os de N-acil aminoácidos.

B. Surfactantes Enzimáticos de Abacaxi

Os surfactantes enzimáticos de abacaxi são produzidos pela fermentação da farinha de sementes de camélia e da torta oleaginosa resultante da extração do óleo, da casca do abacaxi, juntamente com levedura em pó, pectinase e outros microrganismos. Embora a estrutura molecular de seus ingredientes ativos permaneça incerta, dados experimentais comprovam seu bom desempenho de lavagem.

C. SAA

O SAA é um derivado do óleo de palma. Por ser um produto feito a partir de matérias-primas vegetais renováveis, tem atraído grande atenção. Seu processo de produção é ecologicamente correto. Além disso, em água dura com alto teor de íons de cálcio e magnésio, ele precipita sais de cálcio muito mais lentamente do que surfactantes comumente usados, como LAS e AS, o que significa que oferece excelente poder de limpeza em aplicações práticas.

5. Perspectivas do Desenvolvimento de Detergentes

No mercado global de detergentes, os países diferem em suas prioridades e tendências de desenvolvimento, mas a direção geral da pesquisa para produtos detergentes permanece consistente. A concentração e a liquefação de detergentes tornaram-se tendências predominantes, enquanto a conservação da água, a segurança, a economia de energia, o profissionalismo, o respeito ao meio ambiente e a multifuncionalidade emergiram como direções populares de desenvolvimento. Os surfactantes, principais matérias-primas dos detergentes, estão evoluindo em direção à suavidade, à formulação de compostos e à compatibilidade ambiental. As preparações enzimáticas, que apresentam alta eficiência, especificidade e respeito ao meio ambiente, tornaram-se um foco de pesquisa no desenvolvimento de detergentes. Em resumo, as tendências de desenvolvimento da indústria de detergentes podem ser resumidas a seguir:

Diversificação, especialização e segmentação de produtos detergentes. Os detergentes podem ser divididos em sólidos, em pó, líquidos e em gel, de acordo com a forma; concentrados e regulares, de acordo com o teor de ingredientes ativos; e em diversas categorias, de acordo com a embalagem, a cor e a fragrância.

Os detergentes líquidos se tornarão a categoria de produtos mais promissora. Comparados aos detergentes sólidos, os detergentes líquidos apresentam melhor desempenho em lavagens a baixas temperaturas, oferecem maior flexibilidade na formulação e processos de produção mais simples. Além disso, exigem menor investimento em equipamentos e consomem menos energia durante a produção.

Concentração progressiva de produtos detergentes. Desde 2009, os detergentes concentrados evoluíram para três categorias principais: sabão em pó concentrado, cápsulas de detergente concentradas e detergente líquido concentrado. Os detergentes concentrados apresentam vantagens notáveis ​​em relação aos produtos tradicionais, incluindo alto teor de princípios ativos, forte poder de limpeza e economia de energia. Além disso, economizam materiais de embalagem, reduzem os custos de transporte e ocupam menos espaço de armazenamento devido à sua fórmula concentrada.

Orientação para a segurança humana. Com a melhoria dos padrões de vida, as pessoas não avaliam mais os detergentes apenas pelo seu desempenho na remoção de manchas. A segurança humana, a não toxicidade e a suavidade na pele tornaram-se critérios cruciais na escolha de detergentes.

Desenvolvimento de produtos ecologicamente corretos. A eutrofização causada por detergentes que contêm fósforo e os impactos ambientais adversos dos agentes branqueadores têm gerado grande preocupação pública. Em resposta às exigências da química verde, a seleção de matérias-primas para detergentes está gradualmente se voltando para opções mais suaves e ambientalmente amigáveis.

Multifuncionalidade. A multifuncionalidade é uma tendência de desenvolvimento predominante para diversos produtos sociais, e os utensílios domésticos multifuncionais tornaram-se comuns em nosso cotidiano. No futuro, os detergentes integrarão a remoção de manchas com funções como esterilização, desinfecção e branqueamento.