Evaluación comparativa de propiedades físico-químicas entre un detergente líquido empleando alfa-metil éster sulfonato (MES) o alquilbenceno lineal sulfonato (LAS) como principio activo

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(1)EV ALUACIÓN COM PARATIV A DE PROPI EDADES FÍSICO-QUÍM ICAS ENTRE UN DETERG ENTE LÍQUIDO EM PLEANDO ALFA-M ETIL ÉSTER SULFONATO (M ES) Ó ALQUILBENCENO LINEAL SULFONATO (LAS) COM O PRINCIPIO ACTIVO. JUAN CAMILO TORRES LIM A. UNIVERSIDA D DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAM ENTO DE ING ENIERÍA QUÍMICA BOG OTÁ D.C 2007. 1.

(2) EV ALUACIÓN COM PARATIV A DE PROPI EDADES FÍSICO-QUÍM ICAS ENTRE UN DETERG ENTE LÍQUIDO EM PLEANDO ALFA-M ETIL ÉSTER SULFONATO (M ES) Ó ALQUILBENCENO LINEAL SULFONATO (LAS) COM O PRINCIPIO ACTIVO. JUAN CAMILO TORRES LIM A. Proyecto de Gr ado. Asesor OSCAR FERNANDO SÁNCHEZ M EDINA. Jurados PABLO ORTIZ HERRERA JOAQUÍN ENRIQ UE TIRANO V ANEGAS. UNIVERSIDA D DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAM ENTO DE ING ENIERÍA QUÍMICA BOG OTÁ D.C 2007. 2.

(3) A mi Padre, por su gran sabiduría y c apacidad de lideraz go, que me enseñaron a triunfar en la vida y siempr e s alir adelante.. A mi Madre, por su enorme amor, apoyo y confianza, y por cr eer en mis c ualidades y capac idades c omo persona.. A mi Her mano, por todos los instantes que compartimos juntos, que me dejaron ens eñanz as pos itiv as en la vida.. A mi Novia, por enseñar me lo que es amar, por estar siempre conmigo, y por entr egar le tantos años de felicidad a mi vida.. A mi Familia, por su amor incondic ional, que siempr e me s irv ió de gr an apoy o en mis experiencias.. 3.

(4) AGRADECIMIENTOS. Quier o agradec er especialmente a Osc ar Sánchez por el gran apoy o que me brindó y por s u c onocimiento, confianz a, y dedicación al pr oyec to. Igualmente, le doy las gracias por la amistad que me ofrec ió c omo pers ona, la cual me dio la oportunidad de tener una r elac ión de tr abajo pos itiva que me dejó muchas ens eñanz as y ex pec tativas para mi vida profes ional.. A Miguel Ángel Molano, quien me introdujo des de un inic io de maner a es pecial a des arr ollar el tema del proyecto, br indándome s u apoyo, amistad y dis ponibilidad inc ondic ional.. A Joaquín Tir ano y a Pablo Ortiz, por s u gr an aporte y profundo c onocimiento que me ay udaron a sac ar el proy ecto adelante.. A José Mar ía Robles , Luz Dary Rugeles y Sonia Rojas, por su total dis ponibilidad, pacienc ia y colaborac ión con la ex perimentación llevada a cabo en el la borator io, además de su as esor ía y gran c onocimiento que me ayudaron enormemente con el proyecto.. A Edna Lorena Delgado, Olga luc ía Gómez y Nancy Henao del Depar tamento de Ingeniería Ambiental, por s u aporte y colaboración con el pr oyecto. A todos los profes or es del Departamento, por aportar me s u conocimiento, sabidur ía y calidad humana, que me ay udar on enormemente a for mar me como Ingeniero y como persona.. A mis compañer os de la Carrer a, de quienes apr endí muchas exper ienc ias pos itiv as y s iempre estuvier on presentes. Grac ias por su amistad incondic ional.. 4.

(5) TABLA DE CONTENIDOS. 1.. OBJETIVO S PRO PUESTO S ............................................................................... 17. 1.1 1.2. OBJETIVO GENERAL....................................................................................................17 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..............................................................................................17. 2.. MARCO TEÓ RICO .............................................................................................. 18. 2.1 DETERGENTES ............................................................................................................18 2.1.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES .................................................................................18 2.1.2 CLASIFICACIÓN ........................................................................................................18 2.2 DETERGENTES LÍQ UID OS..............................................................................................19 2.2.1 CO M PO NEN TES........................................................................................................19 2.3 SU RFACTANTES ...........................................................................................................20 2.3.1 CARACTERÍSTICAS PR IN CIPA LES ...............................................................................20 2.3.2 CLASIFICACIÓN .......................................................................................................20 2.3.3 SURFACTANTES COMO PRINCIPIO ACTIVO ..................................................................20 2.3.4 MERCAD O GLOBAL...................................................................................................21 2.4 SU RFACTANTES ANIÓNICOS...........................................................................................22 2.4.1 CARACTERÍSTICAS PRIN CIPALES ..............................................................................22 2.4.2 USO S Y APLICACION ES..............................................................................................22 2.5 COM PONENTES EM PLEADOS PARA LA ELABO RACIÓN DEL DETERGENTE LÍQUIDO.................23 2.5.1 SURFACTAN TES .......................................................................................................23 2.5.1.1 Alquilbenceno lineal sulfonato (LAS) .....................................................................23 2.5.1.2 Alfa-metil ést er sulfonato (MES)............................................................................24 2.5.2 EXCIPIENTES ..........................................................................................................26 2.5.2.1 Triet anolami na (T EA) ...........................................................................................26 2.5.2.2 Carboximetil celul osa ............................................................................................26 2.5.2.3 Hi dróxi do de sodi o (NaOH) .................................................................................27 2.6 CARACTERIZACIÓ N DE LA MATERIA PRIM A......................................................................28 2.6.1 CO NCENTRACIÓ N M ICELAR CRÍTICA (CMC ).................................................................28 2.6.2 TEM PERATURA D E KRAFFT........................................................................................29 2.6.3 PO D ER ESPUMAN TE .................................................................................................29 2.7 PROPIED ADES FÍSICO -Q UÍM ICAS ...................................................................................29 2.7.1 TEN SIÓN SUPERFIC IAL.............................................................................................29 2.7.2 DU REZA DEL AG UA ..................................................................................................30 2.7.3 DETERGEN CIA .........................................................................................................31 2.7.4 IMPACTO AMBIENTA L ..............................................................................................31 2.7.4.1 Demanda quí mica de oxí geno (DQO) ....................................................................31 2.7.4.2 Demanda biológi ca de oxí geno (DBO) ...................................................................31 2.7.5 VISCOS IDAD ............................................................................................................32 2.7.6 DENSID AD...............................................................................................................32 2.7.7 PH .........................................................................................................................33 2.7.8 CO NDUCTIVIDAD .....................................................................................................33. 5.

(6) 3.. MATERIALES Y M ÉTO DO S ............................................................................. 34. 3.1 MATERIALES ...............................................................................................................34 3.2 METO DO LOG ÍA ...........................................................................................................34 3.2.1 ELABORACIÓ N D EL D ETERGENTE LÍQ UID O .................................................................34 3.2.2 PRO PIED AD ES FÍSICO -Q U ÍMICAS PARA SURFACTAN TES.................................................36 3.2.2.1 Concentración mi celar críti ca (CMC) ....................................................................36 3.2.2.2 Temperat ura de Krafft ..........................................................................................36 3.2.2.3 Poder espumante ..................................................................................................37 3.2.3 PRO PIED AD ES FÍSICO -Q U ÍMICAS PARA DETERGEN TES .................................................38 3.2.3.1 Tensión superfi ci al ...............................................................................................38 3.2.3.2 Dureza del agua ...................................................................................................39 3.2.3.3 Detergencia..........................................................................................................41 3.2.3.4 Impacto ambi ent al ................................................................................................43 3.2.3.4. 1 Demanda quí mica de oxí geno (DQO) .................................................................43 3.2.3.4. 2 Demanda bi ológi ca de oxígeno (DBO)................................................................43 3.2.3.5 Viscosidad y Densi dad ..........................................................................................44 3.2.3.6 pH y C onducti vidad..............................................................................................45. 4.. RESULTADO S O BTENIDO S.............................................................................. 47. 4.1 ELABO RACIÓ N DE LOS DETERGENTES LÍQ UID OS ..............................................................47 4.2 PROPIED ADES FÍSICO -Q UÍM ICAS PARA SURFACTANTES ....................................................48 4.2.1 CMC ......................................................................................................................48 4.2.2 TEM PERATURA D E KRAFFT........................................................................................50 4.2.3 PO D ER ESPUMAN TE .................................................................................................50 4.3 PROPIED ADES FÍSICO -Q UÍM ICAS PARA D ETERGENTES......................................................51 4.3.1 TEN SIÓN SUPERFIC IAL.............................................................................................51 4.3.2 DU REZA DEL AGUA ..................................................................................................52 4.3.3 DETERGEN CIA .........................................................................................................53 4.3.4 IMPACTO AMBIENTAL ...............................................................................................57 4.3.4.1 DQO....................................................................................................................57 4.3.4.2 DBO....................................................................................................................58 4.3.5 VISCOS IDAD ............................................................................................................58 4.3.6 DEN SID AD...............................................................................................................60 4.3.7 PH..........................................................................................................................61 4.3.8 CO N DUCTIVIDAD .....................................................................................................62 4.4 PROPIED ADES FÍSICO -Q UÍM ICAS PARA LAS M EZCLAS .......................................................62 4.4.1 TEN SIÓN SUPERFIC IAL.............................................................................................62 4.4.2 DU REZA DEL AGUA ..................................................................................................63 4.4.3 DETERGEN CIA .........................................................................................................64 4.4.4 VISCOSID AD ............................................................................................................65 4.4.5 DENSID AD...............................................................................................................67 4.4.6 PH..........................................................................................................................67 4.4.7 CO NDUCTIVIDAD .....................................................................................................68. 6.

(7) 5.. ANÁLISIS DE RESULTADO S ............................................................................ 69. 5.1 ELABO RACIÓ N DE LOS DETERGENTES LÍQ UID OS ..............................................................69 5.2 PROPIED ADES FÍSICO -Q UÍM ICAS PARA SURFACTANTES ....................................................73 5.2.1 CO NCENTRACIÓ N M ICELAR CRÍTICA (CMC ).................................................................73 5.2.2 TEM PERATURA D E KRAFFT........................................................................................74 5.2.3 PO D ER ESPUMAN TE .................................................................................................75 5.3 PROPIED ADES FÍSICO -Q UÍM ICAS PARA D ETERGENTES......................................................75 5.3.1 TENSIÓN SUPERF ICIA L.............................................................................................75 5.3.1.1 Análisis f actorial (AN OVA) ...................................................................................77 5.3.2 DU REZA DEL AGUA ..................................................................................................80 5.3.2.1 Análisis f actorial (AN OVA) ...................................................................................81 5.3.3 DETER GEN CIA ........................................................................................................83 5.3.3.1 Análisis f actorial (AN OVA) ...................................................................................85 5.3.4 IMPACTO AMBIENTA L ..............................................................................................90 5.3.5 VISCOSID AD ............................................................................................................90 5.3.5.1 Análisis f actorial (AN OVA) ...................................................................................92 5.3.6 DEN SID AD...............................................................................................................95 5.3.6.1 Análisis f actorial (AN OVA) ...................................................................................96 5.3.7 PH..........................................................................................................................99 5.3.7.1 Análisis f actorial (AN OVA) ...................................................................................99 5.3.8 CO N DUCTIVIDAD ...................................................................................................102 5.3.8.1 Análisis f actorial (AN OVA) .................................................................................102 5.4 PROPIED ADES FÍSICO -Q UÍM ICAS PARA M EZCLAS ...........................................................105 5.4.1 TENSIÓN SUPERF ICIA L...........................................................................................105 5.4.1.1 Análisis f actorial (AN OVA) .................................................................................106 5.4.2 DU REZA DEL AGUA ................................................................................................107 5.4.2.1 Análisis f actorial (AN OVA) .................................................................................108 5.4.3 DETERGEN CIA .......................................................................................................110 5.4.3.1 Análisis f actorial (AN OVA) .................................................................................112 5.4.4 VISCOSID AD ..........................................................................................................115 5.4.4.1 Análisis f actorial (AN OVA) .................................................................................117 5.4.5 DENSID AD.............................................................................................................120 5.4.5.1 Análisis f actorial (AN OVA) .................................................................................120 5.4.6 PH........................................................................................................................122 5.4.6.1 Análisis f actorial (AN OVA) .................................................................................122 5.4.7 CO NDUCTIVIDAD ...................................................................................................124 5.4.7.1 Análisis f actorial (AN OVA) .................................................................................124. 6.. CO NCLUSIO NES................................................................................................ 127. 7.. RECO MENDAC IO NES ...................................................................................... 128. 8.. BIBLIO G RAFÍA.................................................................................................. 129. 7.

(8) ÍNDICE DE FIGURAS. FIGURA 2. EMPLEO DE COMPUESTOS COMO P RINCIPIO ACTIVO (ZULINA ET AL. 2006)..........................................21 FIGURA 3. ME RCADO GLOBAL DE SURFACTANTES (ZULINA ET AL. 2006).................................................................21 FIGURA 4. P ROYECCIÓN DE SURFACTANTES, P ERÍODO 2003-2012 (ZULINA ET AL. 2006)....................................22 FIGURA 5. EMPLEO DE SURFACTANTES ANIÓNICOS COMO P RINCIPIO ACTIVO (ZULINA ET AL. 2006)...............23 FIGURA 6. ESTRUCTURA QUÍMICA DEL LAS (SHOWELL 2006)......................................................................................24 FIGURA 7. ESTRUCTURA QUÍMICA DEL MES (SHOWELL 2006).....................................................................................25 FIGURA 8. P ROCEDIMIENTO DE ELABORACIÓN DEL DETERGENTE LÍQUIDO...............................................................35. 8.

(9) ÍNDICE DE ILUSTRACIONES. ILUSTRACIÓN 1. MONTAJE EXP ERIMENTAL CMC...............................................................................................................36 ILUSTRACIÓN 2. MONTAJE EXP ERIMENTAL TEMP ERATURA DE KRAFFT ....................................................................37 ILUSTRACIÓN 3. MONTAJE EXP ERIMENTAL P ODER ESP UMANTE ...................................................................................38 ILUSTRACIÓN 4. MONTAJE EXP ERIMENTAL TENSIÓN SUPERFICIAL..............................................................................39 ILUSTRACIÓN 5. MONTAJE EXP ERIMENTAL DUREZA DEL AGUA (1).............................................................................40 ILUSTRACIÓN 6. MONTAJE EXP ERIMENTAL DUREZA DEL AGUA (2).............................................................................40 ILUSTRACIÓN 7. MONTAJE EXP ERIMENTAL DETERGENCIA (1)......................................................................................42 ILUSTRACIÓN 8. MONTAJE EXP ERIMENTAL DETERGENCIA (2)......................................................................................42 ILUSTRACIÓN 9. MONTAJE EXP ERIMENTAL VISCOSIDAD.................................................................................................44 ILUSTRACIÓN 10. MONTAJE EXP ERIMENTAL DENSIDAD ..................................................................................................45 ILUSTRACIÓN 11. MONTAJE EXP ERIMENTAL P H.................................................................................................................45 ILUSTRACIÓN 12. MONTAJE EXP ERIMENTAL CONDUCTIVIDAD .....................................................................................46 ILUSTRACIÓN 13. DETERGENTES LÍQUIDOS (LAS).............................................................................................................47 ILUSTRACIÓN 14. DETERGENTES LÍQUIDOS (MES) ............................................................................................................48 ILUSTRACIÓN 15. DETERGENTES LÍQUIDOS (LAS Y ME S)..............................................................................................48 ILUSTRACIÓN 16. SOLUCIÓN DETERGENTE P RECIP ITADA (MES) ..................................................................................71 ILUSTRACIÓN 17. SOLUCIÓN DETERGENTE EN EL ULTRASONIDO ..................................................................................72. 9.

(10) ÍNDICE DE GRÁFICAS. GRÁFICA 1. CURVA DE CMC L AS...........................................................................................................................................73 GRÁFICA 2. CURVA DE CMC MES ..........................................................................................................................................73 GRÁFICA 3. CURVA DE PODE ESPUMANTE LAS Y MES ...................................................................................................75 GRÁFICA 4. CURVA DE TENSIÓN SUP ERFICIAL LAS Y MES ...........................................................................................76 GRÁFICA 5. TENSIÓN SUP ERFICIAL VS CONCENTRACIÓN DE LAS................................................................................77 GRÁFICA 6. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUP ERFICIAL LAS.....................................................78 GRÁFICA 7. TENSIÓN SUP ERFICIAL VS CONCENTRACIÓN DE MES...............................................................................78 GRÁFICA 8. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUP ERFICIAL MES....................................................79 GRÁFICA 9. CURVA P ARA LA DUREZA DEL AGUA LAS Y MES.....................................................................................80 GRÁFICA 10. DUREZA DEL AGUA VS CONCENTRACIÓN DE LAS...................................................................................81 GRÁFICA 11. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA LAS........................................................82 GRÁFICA 12. DUREZA DEL AAGUA VS CONCENTRACIÓN DE MES...............................................................................82 GRÁFICA 13. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA MES........................................................83 GRÁFICA 14. CURVA DE DETERGENCIA LAS.......................................................................................................................84 GRÁFICA 15. CURVA DE DETERGENCIA MES ......................................................................................................................84 GRÁFICA 16. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE LAS Y DUREZA DEL AGUA..................................................85 GRÁFICA 17. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE LAS Y TEMPERATURA ..........................................................86 GRÁFICA 18. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA LAS..................................................................87 GRÁFICA 19. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE MES Y DUREZA DEL AGUA.................................................87 GRÁFICA 20. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE MES Y TEMP ERATURA .........................................................88 GRÁFICA 21. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA MES.................................................................89 GRÁFICA 22. CURVA DE VIS COSIDAD LAS Y MES A 30 Y 50 RP M............................................................................90 GRÁFICA 23. CURVA DE VIS COSIDAD LAS Y MES A 60 Y 100 RPM..........................................................................91 GRÁFICA 24. CURVA DE VIS COSIDAD LAS...........................................................................................................................91 GRÁFICA 25. CURVA DE VIS COSIDAD ME S..........................................................................................................................92 GRÁFICA 26. VIS COSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE LAS Y VELOCIDAD....................................................................92 GRÁFICA 27. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD LAS......................................................................93 GRÁFICA 28. VIS COSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE MES Y VELOCIDAD ...................................................................94 GRÁFICA 29. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD ME S.....................................................................95 GRÁFICA 30. CURVA DE DENSIDAD LAS Y MES ...............................................................................................................95 GRÁFICA 31. DENSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE LAS ....................................................................................................96 GRÁFICA 32. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD LAS.........................................................................97 GRÁFICA 33. DENSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE ME S ...................................................................................................97. 10.

(11) GRÁFICA 34. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD MES.........................................................................98 GRÁFICA 35. CURVA DE P H LAS Y MES...............................................................................................................................99 GRÁFICA 36. P H VS CONCENTRACIÓN DE LAS....................................................................................................................99 GRÁFICA 37. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA P H LAS.......................................................................................100 GRÁFICA 38. P H VS CONCENTRACIÓN DE MES.................................................................................................................100 GRÁFICA 39. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA P H MES......................................................................................101 GRÁFICA 40. CURVA DE CONDUCTIVIDAD LAS Y MES ................................................................................................102 GRÁFICA 41. CONDUCTIVIDAD VS CONCENTRACIÓN DE LAS.....................................................................................102 GRÁFICA 42. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD LAS..........................................................103 GRÁFICA 43. CONDUCTIVIDAD VS CONCENTRACIÓN DE MES....................................................................................103 GRÁFICA 44. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD MES..........................................................104 GRÁFICA 45. CURVA DE TENSIÓN SUPERFICIAL MEZCLAS ............................................................................................105 GRÁFICA 46. TENSIÓN SUP ERFICIAL VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA .106 GRÁFICA 47. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUPERFICIAL MEZCLAS.......................................107 GRÁFICA 48. CURVA DE DUREZA DEL AGUA MEZCLAS ..................................................................................................107 GRÁFICA 49. DUREZA DEL AGUA VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y P ROPORCIÓN DE MEZCLA.......108 GRÁFICA 50. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA MEZCLAS.............................................109 GRÁFICA 51. CURVA DE DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 14 P P M).............110 GRÁFICA 52. CURVA DE DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 0 PP M )...............110 GRÁFICA 53. CURVA DE DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 14 P P M).............111 GRÁFICA 54. CURVA DE DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 0 PP M )...............111 GRÁFICA 55. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y DUREZA DEL AGUA............................112 GRÁFICA 56. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y TEMP ERATURA ....................................113 GRÁFICA 57. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y P ROP ORCIÓN DE MEZCLA ................113 GRÁFICA 58. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA MEZCLAS.......................................................115 GRÁFICA 59. CURVA DE VIS COSIDAD MEZCLAS (30 RP M)...........................................................................................115 GRÁFICA 60. CURVA DE VIS COSIDAD MEZCLAS (50 RP M)...........................................................................................116 GRÁFICA 61. CURVA DE VIS COSIDAD MEZCLAS (60 RP M)...........................................................................................116 GRÁFICA 62. CURVA DE VIS COSIDAD MEZCLAS (100 RPM) ........................................................................................116 GRÁFICA 63. VIS COSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y VELOCIDAD ..............................................117 GRÁFICA 64. VIS COSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA ....................118 GRÁFICA 65. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD MEZCLAS ..........................................................119 GRÁFICA 66. CURVA DE DENSIDAD MEZCLAS ...................................................................................................................120 GRÁFICA 67. DENSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y P ROP ORCIÓN DE MEZCLA........................120 GRÁFICA 68. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD MEZCLAS..............................................................121 GRÁFICA 69. CURVA DE P H MEZCLAS...................................................................................................................................122 GRÁFICA 70. P H VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROP ORCIÓN DE MEZCLA.......................................122. 11.

(12) GRÁFICA 71. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA P H MEZCLAS..............................................................................123 GRÁFICA 72. CURVA DE CONDUCTIVIDAD MEZCLAS......................................................................................................124 GRÁFICA 73. CONDUCTIVIDAD VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA...........124 GRÁFICA 74. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD MEZCLAS.................................................125. 12.

(13) ÍNDICE DE TABLAS. TABLA 1. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA TEA (TOMADO DE : WW W .NIOSH .COM )......................................................26 TABLA 2. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA CARBOXIMETILCELULOSA (TOMADO DE: WWW .NIOSH.COM)............27 TABLA 3. PROPIEDADES FÍSICAS DEL NA OH (TOMADO DE : WW W .NIOSH .COM )......................................................28 TABLA 4. CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS (TOMADO DE WW W.SODIMAC.COM )........................................................30 TABLA 5. FORMULACIÓN DEL DETERGENTE LÍQUIDO (GAMBOGI ET AL. 2006)........................................................35 TABLA 6. RESULTADOS CMC LAS (EN SAYO 1).................................................................................................................49 TABLA 7. RESULTADOS CMC LAS (EN SAYO 2).................................................................................................................49 TABLA 8. RESULTADOS CMC LAS (EN SAYO 3).................................................................................................................49 TABLA 9. RESULTADOS CMC MES (ENSAYO 1) ................................................................................................................49 TABLA 10. RESULTADOS CMC ME S (ENSAYO 2)..............................................................................................................50 TABLA 11. RESULTADOS CMC ME S (ENSAYO 3)..............................................................................................................50 TABLA 12. RESULTADOS TEMP ERATURA DE KRAFFT LAS Y MES..............................................................................50 TABLA 13. RESULTADOS P ODER ESP UMANTE LAS............................................................................................................51 TABLA 14. RESULTADOS P ODER ESP UMANTE MES...........................................................................................................51 TABLA 15. RESULTADOS TENSIÓN SUPERFICIAL LAS ......................................................................................................52 TABLA 16. RESULTADOS TENSIÓN SUPERFICIAL MES......................................................................................................52 TABLA 17. RESULTADOS DUREZA DEL AGUA LAS Y MES.............................................................................................53 TABLA 18. RESULTADOS DETERGENCIA LAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 14 P P M)......................53 TABLA 19. RESULTADOS DETERGENCIA LAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 0 PP M ).........................54 TABLA 20. RESULTADOS DETERGENCIA LAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 14 P P M)......................54 TABLA 21. RESULTADOS DETERGENCIA LAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 0 PP M ).........................55 TABLA 22. RESULTADOS DETERGENCIA ME S (TEMP ERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 14 P P M)......................55 TABLA 23. RESULTADOS DETERGENCIA ME S (TEMP ERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 0 P P M )........................56 TABLA 24. RESULTADOS DETERGENCIA ME S (TEMP ERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 14 P P M)......................56 TABLA 25. RESULTADOS DETERGENCIA ME S (TEMP ERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 0 P P M )........................57 TABLA 26. RESULTADOS DQO L AS Y MES (1)..................................................................................................................57 TABLA 27. RESULTADOS DQO L AS Y MES (2)..................................................................................................................57 TABLA 28. RESULTADOS D BO LAS Y MES (1 )..................................................................................................................58 TABLA 29. RESULTADOS D BO LAS Y MES (2 )..................................................................................................................58 TABLA 30. RESULTADOS VISCO SIDAD LAS (1)...................................................................................................................59 TABLA 31. RESULTADOS VISCO SIDAD LAS (2)...................................................................................................................59 TABLA 32. RESULTADOS VISCO SIDAD MES (1)..................................................................................................................60 TABLA 33. RESULTADOS VISCO SIDAD MES (2)..................................................................................................................60. 13.

(14) TABLA 34. RESULTADOS DENSIDAD LAS Y MES ..............................................................................................................61 TABLA 35. RESULTADOS P H LAS Y ME S .............................................................................................................................61 TABLA 36. RESULTADOS CONDUCTIVIDAD LAS Y MES.................................................................................................62 TABLA 37. RESULTADOS TENSIÓN SUPERFICIAL MEZCLAS .............................................................................................63 TABLA 38. RESULTADOS DUREZA DEL AGUA MEZCLAS...................................................................................................63 TABLA 39. RESULTADOS DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 14 P P M).............64 TABLA 40. RESULTADOS DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 0 PP M )................64 TABLA 41. RESULTADOS DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 14 P P M).............65 TABLA 42. RESULTADOS DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 0 PP M )................65 TABLA 43. RESULTADOS VISCO SIDAD MEZCLAS (1).........................................................................................................66 TABLA 44. RESULTADOS VISCO SIDAD MEZCLAS (2).........................................................................................................66 TABLA 45. RESULTADOS DENSIDAD MEZCLAS ....................................................................................................................67 TABLA 46. RESULTADOS P H MEZCLAS ...................................................................................................................................67 TABLA 47. RESULTADOS CONDUCTIVIDAD MEZCLAS.......................................................................................................68 TABLA 48. ANÁLISIS DE VARIANZA P ARA LA TENSIÓN SUP ERFICIAL LAS................................................................77 TABLA 49. ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUP ERFICIAL MES.................................................................................78 TABLA 50. ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA LAS........................................................................................81 TABLA 51. ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA MES.......................................................................................82 TABLA 52. ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGNCIA LAS....................................................................................................86 TABLA 53. ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA MES................................................................................................88 TABLA 54. ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD LAS.....................................................................................................93 TABLA 55. ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD MES ....................................................................................................94 TABLA 56. ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD LAS.........................................................................................................96 TABLA 57. ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD MES........................................................................................................97 TABLA 58. ANÁLISIS DE VARIANZA P H LAS......................................................................................................................100 TABLA 59. ANÁLISIS DE VARIANZA P H MES .....................................................................................................................101 TABLA 60. ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD LAS..........................................................................................103 TABLA 61. ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD MES.........................................................................................104 TABLA 62. ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUP ERFICIAL MEZCLAS.......................................................................106 TABLA 63. ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA MEZCLAS............................................................................108 TABLA 64. ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA MEZCLAS......................................................................................114 TABLA 65. ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD MEZCLAS..........................................................................................118 TABLA 66. ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD MEZCLAS..............................................................................................121 TABLA 67. ANÁLISIS DE VARIANZA P H MEZCLAS.............................................................................................................123 TABLA 68. ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD MEZCLAS.................................................................................125. 14.

(15) INTRODUCCIÓN. En la actualidad, la producción de detergentes a niv el mundial se ha enfoc ado en el empleo de tens oac tivos c omo pr incipales agentes de limpieza (Zulima et al. 2006) . Estos c ompuestos, también conocidos como surfactantes , están conformados por moléculas que tienen la capac idad de modif ic ar las propiedades interfaciales de los líquidos debido a su car ácter ambifílic o (Ar no & Lai 2006). Por tal razón, cada molécula de surfactante pos ee una parte hidr ofílica y otr a lipof ílic a, la cual actúa en la interfas e separando las fases inmiscibles y disminuyendo as í la tensión interfac ial ( Rosen & Dahanay ake 2000).. Entr e estos compuestos, los de mayor us o en la industria de deter gentes son los aniónic os, los cuales tienen un alto poder de limpieza y una gr an efic acia para remov er las partíc ulas sólidas ( Gambogi et al. 2006). Sin embar go, la mayoría de estos tensoactiv os aniónic os son producidos a partir de pr oc esos petroquímicos, razón por la c ual gener an un alto c osto de elabor ación y perjudic an el medio ambiente (Zulima et al. 2006). Entr e es te gr upo de surfactantes , el de may or uso en la industria deter gente es el alquilbenc eno lineal sulfonato (LAS) , el cual s e emplea a gran escala tanto a nivel mundial como nacional. Su proc eso de elaboración c ons iste princ ipalmente en la sulfonación del. alquilbeceno lineal (LAB),. utilizando diversos. agentes. sulfonador es c omo el H2 SO4, óleo, o SO3 gas eos o ( Spitz 2004) . Las principales carac ter ísticas del LAS son: Su alta acción detergente, biodegr adabilidad, poder es pumante y s olubilidad, por lo c ual s e emplea comúnmente en la formulac ión de detergentes. líquidos . Sin embargo, pres enta una gran. desv entaja debido a su sensibili dad al agua dura, caus ando que su acc ión deter gente dis minuya signif icativ amente ( Smulders 2002).. 15.

(16) Hoy en día, las grandes compañías pr oductor as de deter gentes s e encuentran en el dis eño y elabor ación de nuevos s urfactantes der ivados de compues tos biodegr adables que mejoren las c aracter ísticas de limpiez a del mis mo ( Ho 2000). Dentro de estos nuev os tensoactiv os, el metil éster sulfonato (MES) se pres enta como una nuev a alternativ a en la for mulac ión de detergentes. El MES es un s urfactante aniónico que s e pr oduce por la s ulf onación de los metil ésteres que se obtienen en el proces o de pr oducc ión del Biodies el a partir de aceites o gr asas v egetales. En la actuali dad, el MES es producido por grandes compañías en Asia (Lion), Eur opa ( Ballestr a) y Estados Unidos ( Chemithon, Stephan), y s u us o en la industr ia detergente se ha venido implementando recientemente (Zulima et al. 2006) . Estudios r ecientes en Malasia han demostr ado que el MES pr es enta car acter ístic as favorables de detergencia, biodegr adabilidad y una menor sensibilidad en aguas dur as, además de tener un bajo costo frente a otros surfactantes como el LA S (Zulima et al. 2006). Teniendo en c uenta lo anterior , el MES resulta s er una alter nativ a v iable y competitiva frente al LAS.. Debido al desarrollo industr ial en la pr oducción de Biodies el a niv el nac ional, el MES se presenta como una opc ión par a el desarrollo de for mulaciones de deter gentes líquidos. No obstante, no se ha reportado en el país un estudio compar ativo del efecto de la concentr ación y del tip o de tensoactiv o frente a las propiedades f ís ico-químicas del deter gente. En este trabajo, se reporta el efecto de la conc entr ación del MES y el LAS y una mezc la de ambos en una formulac ión común sobr e la tensión s uperfic ial, dur eza del agua, detergencia, impacto ambiental, viscosidad, densidad, pH y conductiv idad. Así mis mo, se evalúa el des empeño de ambos s urfactantes c ompar ando su c oncentrac ión micelar crític a ( CMC), temperatura de Krafft y poder es pumante.. 16.

(17) 1. OBJ ETIVOS PROPUESTOS. 1.1 Objetivo General. - Elabor ar detergentes líquidos utiliz ando alfa- metil éster s ulfonato ( MES) y alquilbenceno lineal sulf onato ( LAS) como pr incipio activ o, evaluando diferentes propiedades fís ico- químicas .. 1.2 Objetivos Específicos - Elabor ar los deter gentes líquidos de acuerdo a la for mulación espec ífica, teniendo en cuenta la concentr ación de s urfactante establecida y la proporc ión de mezc la de los mis mos. - Evaluar las pr opiedades fís ico- químicas de concentración micelar cr ítica ( CMC), temper atur a de Krafft y poder es pumante par a s oluc iones de ambos tensoactivos.. - Ev alu ar las propie dades f ísico- químicas de tens ión superficial, dureza del agua,. detergencia,. impac to. ambiental,. v iscos idad,. densidad,. pH. y. conductividad par a las soluciones deter gentes elabor adas.. - Realiz ar un análisis factorial de las pr opiedades fís ico-químic as ev aluadas para los deter gentes líquidos, con el fin de comparar el r endimeinto entr e el LAS y el MES y su mezc la r espectiv a.. 17.

(18) 2. MARCO TEÓ RICO. 2.1. Detergent es. 2.1.1 Característica s principales Los detergentes s on s ustancias que actúan con el agua par a disolver la suciedad o las impur ez as ( grasas y materia or gánica) de un mater ial y/o producto s in corroerlo, logrando una limpieza química gr ac ias. a su. tensoactividad (Spitz 2004). La habilidad de un deter gente para cumplir su función depende de la c ompos ic ió n de la for mulación, las condiciones de uso, la naturaleza de las s uperfic ies que están siendo tr atadas y la natur alez a de la sustanc ia a ser remov ida o dispers ada.. 2.1.2 Clasificación Una for ma general de clasificar los deter gentes es de acuerdo c on las siguientes categor ías : detergentes de lavander ía, productos lavav ajillas, productos de limpiez a para uso en c as a y pr oductos de limpiez a personal (Show ell 2006). Los detergentes de lav ander ía s e encuentran en for ma de barr as, polv os, líquidos y hojuelas, y son utiliz ados de maner a c ons tante c omo princ ipales agentes de limpiez a. Estos a su vez, se pueden dividir en dos categor ías principales, los jabonos os y los no jabonosos ( Moore 1973). Los primeros se pr oduc en princ ipalmente al calentar gr asas y aceites animales y/o vegetales con hidróxido de s odio, mientr as que los s egundos se basan fundamentalmente de petr oquímic os derivados de ac eites miner ales que reacc ionan con ácido sulfúric o, pr oceso denominado s ulfonac ión. En c uanto a los productos lavav ajillas, como su nombr e lo indica, son para el lavado de losa a mano o en máquina y vienen en for ma líquida, gel, polv o o tabletas. Por su parte, en los productos de limpieza par a uso en casa s e encuentran princ ipalmente los limpiador es y desinfectantes, mientr as que en los pr oduc tos. 18.

(19) de limpieza personal están los champús, ac ondicionadores, pastas dentales y productos para el aseo de manos y cuerpo (Show ell 2006).. 2.2. Detergent es líquidos. Los detergentes líquidos se introdujeron a finales de 1940 en los Estados Unidos y des de entonc es han ganado mucha popular idad en la industr ia deter gente ( Br oze 1999). En la actualidad, su demanda ha crecido fuertemente frente a los deter gentes en polvo, raz ón por la c ual las gr andes compañías productoras de deter gentes líquidos se han enfoc ado en el desarrollo y la invención de nuev os pr oductos que pos ean un mejor rendimiento (Smulders 2002). Los detergentes en for ma líquida cumplen la mis ma función que los deter gentes. en barr a, polvo y hojuelas. No obstante, éstos resultan. partic ular mente fác iles de dos ificar y tienen la ventaja s obre los deter gentes sólidos de poder trabajar a una temperatura de lav ado inf erior. Sin embargo, cabe mencionar que los detergentes líquidos son más dif íciles de formular, ya que se debe pr oducir una dispers ión de los constituyentes requeridos en una forma estable (Ar no & Lai 2006).. 2.2.1 Componentes. El pr inc ipal componente de un detergente líquido es el surfac tante o tensioactivo, el cual s e enc arga de llevar a cabo la li mpieza o r emoción de la suciedad ( Broz e 1999). No obstante, otros compuestos como los c onstructor es, enzimas, blanqueadores, brillantador es ópticos, agentes antidepositantes, estabiliz ador es de es puma, hidrótopos, viscos antes, colorantes y perfumes, desempeñan otras labor es que los surfactantes no pueden realizar. Así mis mo, la c antidad empleada de los c omponentes del deter gente líquido varía de acuer do c on los. requer imientos. y. las. espec ificaciones. del pr oducto,. exceptuando en ocas iones el us o de algunos de ellos en la formulac ión (Sachdev et al. 2006).. 19.

(20) 2.3. Surfactant es. 2.3.1 Característica s principales. Los surfac tantes o tensoactivos s on los pr oductos químic os de mayor importancia en la for mulación de deter gentes. Su pr incipal función es modificar la interfase entr e dos o más fas es, con el fin de pr omov er la dispers ión de una fase en la otr a ( Show ell 2006) . La capacidad de las moléculas de los surfactantes de modificar las pr opiedades interfac ia les de los líquidos se or igina debido a su carác ter ambifílic o (Ar no & Lai 2006); por tal r azón, c ada moléc ula de s urfactante pos ee una parte hidrof ílic a y otra lipof ílica, la cual actúa en la interfase s epar ando las fases inmiscibles y dis minuyendo así la tens ión interfacial ( Ros en & Dahanay ake 2000) .. 2.3.2 Clasificación Una for ma de clas ificar los surfactantes es por la car ga iónica de la par te activa de la molécula en la superficie. De esta forma, pueden s er aniónic os, catiónicos, no iónic os y anfóter os, en los cuales ex isten c argas tanto positivas como negativas ( Show ell 2006). Entre es tos c ompuestos, los de mayor us o en la in dustr ia de detergentes son los aniónic os, los cuales tienen un alto poder de limpieza y una gran eficacia para r emover las partíc ulas sólidas ( Gambogi et al. 2006).. 2.3.3 Surfactant es como principio activo En la actualidad, ex isten difer entes mater ias pr imas que se utilizan c omo princ ipio ac tiv o para la elaborac ión de div ersos pr oductos de uso en la industria; no obstante, los s urfactantes s on los compues tos más empleados debido a s us carac ter ísticas y a s u desempeño (Rosen & Dahanay ake 2000). La Figur a 1 muestra su amplia utiliz ac ión.. 20.

(21) 30% Surfac tantes Otros Compuestos 70%. Figura 1. Empleo de compuesto s co mo principio activo (Zulina et al. 2006). 2.3.4 M ercado global Actualmente, el merc ado global de los s urfactantes aniónicos a niv el mundial se encuentr a por enc ima de los catiónic os, no iónicos y anfotér icos. La Figur a 2 refle ja dicha super ior idad.. 5% 2 % Aniónicos. 29%. No iónicos Cat iónicos 64 %. Amf otéricos. Figura 2. Mer cad o global de surfactantes (Zulina et al. 2006). Por otro lado, la demanda de surfactantes en la industr ia para la elaborac ión de divers os productos ha v enido aumentando notor ia mente en los últimos años. Su proy ecc ión desde el 2003 al 2012 se aprec ia en la Figur a 3.. 21.

(22) 7 6. Mi ton. 5 4. Año 2003. 3. Año 2012. 2 1 0 Europa. Asia. América. Figura 3. Pro yecci ón de surfactantes, período 2003-2012 (Zulina et al. 2006). 2.4. Surfactant es aniónicos. 2.4.1 Característica s principales. Los s urfactantes aniónic os se constituy en generalmente por un gr upo polar soluble que puede s er carboxilato, sulfonato, sulf ato ó fosfato, y una c adena hidr ocar bonada hidrófoba. Así mis mo, la longitud de dic ha cadena define la capac id ad hidr osoluble del surfactante, otor gando una alta hidr osolubilidad en caso de ser corta y vic ev ersa (Broz e 1999).. Sin embargo, la mayoría de los tensoactivos aniónicos son producidos a partir de pr ocesos petroquímicos , razón por la cual generan un alto costo de elaborac ión y per judican el medio ambiente. Entr e este grupo de surfac tantes, el de mayor uso en la industria deter gente es el alquilbenc eno lineal s ulfonato (LAS) (Zulina et al. 2006).. 2.4.2 Usos y aplicaciones Los s urfactantes aniónic os, se utilizan como pr incipio activo en for mulaciones de todo tipo de detergentes, limpiadores, des engr as antes y desinfec tantes, además de pr oduc tos de limpieza pers onal c omo c hampús , acondic ionador es, pastas dentales, entr e otros ( Rosen & Dahanayake 2000). También s e emplean. 22.

(23) en la industr ia petrolera, metalúr gica, química, poliméric a, plástic a y de pintur as,. y. pos een. aplicaciones. agr íc olas. y. alimentic ias. acondic ionamiento de fertiliz antes, plaguicidas, fungic idas, y. en. el. her bic idas. ( Houston 1985). La Figur a 4 pr esenta s u aplic ación en la indus tria.. 5% 10%. 9% Det ergentes 40%. Otros Textiles Aceit es. 36%. Cuidado person al. Figura 4. Empleo de surfactantes ani ónicos como principio acti vo (Zulina et al. 2006). 2.5. Componentes empleados para la elaboración del detergent e líquido. 2.5.1 Surfactant es. 2.5.1.1. Alquilbenceno lineal sulfonato (LAS). El LA S es un surfactante aniónico que se us a a gr an escala tanto a nivel mundial como nac ional en la indus tria deter gente. Su pr oceso de elaborac ión cons iste pr inc ipalmente en la s ulf onación del alq uilbeceno lineal (LA B), utiliz ando diversos agentes sulfonadores c omo el H2 SO4, óleo, o SO3 gaseoso; a escala industr ial, la sulfonación c on el SO3 es el proc eso más común ( Spitz 2004). En un pr oc eso continuo, los productos que reacc io nan mayor mente son varios ácidos sulfónicos , el aceite libre que envuelv e principalmente el alquilbenceno no sulfonado, anhídridos (que se hidrolizan después por la adic ión de 1% o 2% de agua) y ác ido s ulfúric o. Poster iormente, el s ulfonato se obtiene neutralizando la mezc la de ác ido sulfónic o con una bas e apr opiada, generalmente hidróxido de s odio (Br oz e 1999).. 23.

(24) En el producto ter minado, la distr ibuc ión de los isómer os res ulta muy importante, ya que deter mina las pr opiedades f ís icas del mis mo. As í mis mo, la longitud de la c adena carbonatada es fundamental; entre 11 y 12 c arbonos se favorecen enor memente las car acterís ticas de mojado y es puma, mientras que entre 13 y 14 car bonos se beneficia la detergenc ia (Br oze 1999) . Entre las princ ipales c ar acterísticas del LAS se encuentr a el hec ho de no ex hibir fases de gel a concentraciones altas, medias o bajas, factor que hac e más fácilmente su dis persión en el agua. De igual manera, pos ee una alta acción deter gente, biodegr adabilidad, poder es pumante y solubilidad, por lo cual se emplea comúnmente en la for mulación de detergentes líquidos . Sin embargo, pr es enta una gran desv entaja frente a otros s urfactantes debido a s u s ens ibilidad al agua dura, causando que su acción detergente disminuya significativ amente (Smulders 2002). La Figur a 5 pr esenta la estr uctura químic a gener al del LA S.. Figura 5. Estru ctura quí mica del LAS (Showell 2006). 2.5.1.2. Alfa-metil ést er sulfonato (M ES). El MES es un surfactante aniónico que s e produc e por la sulf onac ión de los metil ésteres que se obtienen en el pr oceso de pr oducc ión del Biodies el a partir de ac eites o gras as vegetales. En la actualidad, el MES es produc ido por grandes compañías en Asia ( Lion), Europa ( Balles tra) y Es tados Unidos ( Chemithon, Stephan), y su uso en la in dustr ia deter gente se ha venido implementando rec ientemente (Zulina et al. 2006).. Estudios r ecientes en Malas ia han demostr ado que el MES pr es enta carac ter ísticas favor ables de detergenc ia, biodegradabilidad y una menor sens ibilidad en aguas duras, además de tener un bajo cos to frente a otros surfactantes c omo el LA S ( Zulina et al. 2006). No obstante, el MES pr es enta. 24.

(25) problemas a la hora de formularse en deter gentes líquidos , debido a la pres encia de una di-sal que se genera en el proc eso de hidr ólis is, causando una baja solubilidad en agua fría y a temperatur a ambiente (Razmah & Salmiah 2004). Sin embar go, se han enc ontr ado divers as maner as de es tabilizar el MES en formulac io nes de deter gentes líquidos , mediante la adic ión de compuestos hidrótropos o c ombinándolo junto con otros s urfactantes de mayor solubilidad ( Fr iber g & Blute 2006).. En el proces o de producc ión del MES se debe llevar a cabo una sulfonac ión en un r eac tor de pelíc ula de caída con un rec iclo, seguida de una digestión de tipo flujo pistón a una temper atura elev ada. El color osc uro del ácido sulf ónic o se reduc e en un sistema de mezclado c ontinuo de peróx ido de hidr ógeno ác ido, en donde los componentes s e añaden a la mezcla y posterior mente se combinan en un rec ipiente de flujo pistón. La mezcla de ácido metil éster sulfónico de color claro se neutr aliz a a un pH c ontrolado, para luego ser enviada a un des or bedor o a un sec ador de acuerdo a lo requer ido. Cabe resaltar que el MES neutralizado posee aún agua y metanol. Si el MES se desor be, el metanol s e remuev e a niveles bajos y permanece una c antidad significativa de agua. Por el contrar io, si el MES s e sec a, tanto el agua c omo el metanol se remueven. Finalmente, el pr oducto se desc arga del s ecador en forma de hojuelas con un niv el activo del 90%, haciéndolo fác il de almac enar y transportar (Sheats & MacArthur 1999) . La Figur a 6 pr esenta la estr uctura química gener al del MES.. Figura 6. Estru ctura quí mica del MES (Showell 2006). 25.

(26) 2.5.2 Excipientes 2.5.2.1. Trietanolamina (TEA). La TEA es una bas e nitrogenada de fórmula química N( C2H4 OH)3 que se obtiene de la reacción entr e el amoniac o y el óx ido de etileno. Entre sus carac ter ísticas más importantes se enc uentr a su baja v olatilidad a temper atura ambiente y su car ácter higrosc ópico, además de su olor a amoniac o. As í mismo, se presenta en forma sólida o líquida dependiendo de la temper atura y el gr ado de pureza (Br oz e 1999).. La TEA se usa a gran escala como excipiente en var ios tipos de deter gentes, limpiadores , desinfectantes y desengrasantes; igualmente, debido a que es una base débil, se emplea c omo agente neutr alizante en los s hampoos par a el lavado de carros y en las c er as polic hantes ( Samir et al. 2006) . Otras aplicaciones importantes de la TEA s e encuentran en el área de los agroquímic os, aditivos de cemento, tratamiento de gas es, for mulac ión de productos far mac éuticos, agentes dispersantes para pegamentos, gomas, latex , reveladores fotogr áficos , entre otr as. La Tabla 1 presenta algunas propiedades fís icas de la TEA.. Tabla 1. Propiedades físi cas de l a TEA (to mado de: www.nio sh.com) Propied ad Masa molecular pH (solución 0.1N ) Dens idad Punto de fusión Punto de ebullición Aparienc ia Color Olor Solubilidad en agua. 2.5.2.2. Valor / Descripción 149.19 10.5 3 1100 kg/m 21.6 ºC 335.4 ºC Líquido viscoso Incolora Amoniacal Total. Carboximetilcelulosa. La c ar boximetilcelulosa se obtiene a partir de la c elulos a, la cual es el polisacár ido de mayor importancia constituy ente de la madera y de todas las. 26.

(27) estr ucturas vegetales. Posee una solubilidad completa en agua fr ía y caliente, pero res ulta insoluble en la mayor ía de los disolv entes orgánic os (Smulders 2002). Se utiliza pr inc ipalmente como agente espesante, pr oducto de relleno, fibra dietética, agente antigrumos o y emuls ificante, agente estabiliz ante y gelificante, entre otr os. As í mismo, se emplea de manera s ignificativa en for mulaciones de deter gentes como visc os ante y en menor gr ado en pr oductos como champús, lociones, maquillaje líquido y pastas dentales . Por tal r azón, es c ompatible con los tens ioactiv os aniónicos y catiónicos. En las formulac iones de pr oductos, es recomendable disolv erla primero en agua antes de agregar los demás compuestos (Watson 2006). La Tabla 2 pres enta algunas pr opiedades fís icas de la car box imetilc elulosa. Tabla 2. Propiedades físi cas de l a Carboximetilcelulosa (tomado de: www.niosh. co m) Propied ad pH Dens idad específ ica Aparienc ia Color Olor Solubilidad en agua. 2.5.2.3. Valor / Descripción 6 – 12 0.6 - 0. 9 Polvo Blanc o – amarillento Inoloro Total. Hidróxido de sodio ( NaOH). El NaOH o s oda c áus tica, s e pr esenta como un sólido blanco cr istalino s in olor a temper atura ambiente, absor biendo la humedad del aire. Se emplea en la industria como una bas e química en la fabr ic ación de deter gentes , papel y tejidos. De igual manera, se utiliz a en el pr oc esamiento de jabones, rayón, papel, tinturas , ex plos ivos y productos de petróleo, as í como en la producc ión de textiles de algodón, lav ander ía y blanqueado, r evestimiento de óx idos, galv anoplastia y extracción elec trolítica (Ho 2000). Por otro lado, debido a que el NaO H es una s ustancia tóx ic a y además corrosiv a, es prec iso tener en cuenta las indicac iones y pr ecauc iones que apar ecen en la hoja de seguridad (A nexo A). La Tabla 3 pres enta algunas propiedades fís icas del NaOH.. 27.

(28) Tabla 3. Propiedades físi cas del N aOH (to mado de: www.niosh. com) Propied ad Masa molecular Dens idad Punto de fusión Punto de ebullición Aparienc ia Color Olor. 2.6. Valor / Descripción 40.01 2100 k g/m3 318 ºC 1390 ºC Sólido en lentejas Blanco Inoloro. Caracterización de la materia prima. La mater ia prima par a la elabor ación del deter gente líquido son los s urfactantes (LAS y MES); par a su caracterizac ión, se evalúan las pr uebas físico-químicas de conc entrac ión micelar cr ítica ( CMC), temperatur a de Kr afft y poder espumante.. 2.6.1 Concentración micelar crítica (CM C) Los s urfactantes en general difieren de las moléculas disueltas debido a su comportamiento en soluc iones. acuos as, ya que por debajo de una. conc entr ación espec íf ica, sus moléculas se combinan par a produc ir mic elas. Este hec ho ocurre, ya que los s urfactantes c ontienen un gr upo hidrofóbic o y un hidr ofílico, ocas ionando que se ads orban en la interfase. En este punto, la parte hidr ofóbica se enc uentra en una situac ión más favorable que en la solución, en donde está rodeada por moléc ulas de agua. De igual manera, s u s ituac ión ener gétic a es mejor y por lo tanto el sis tema es más estable (Valer o 2005; Salager 1993) .. Debido a esto, al aumentar la conc entrac ión de los surfactantes, s e ocasiona la formación de mic elas (soluc iones coloidales), generando cambios repentinos en las propiedades de la s oluc ión. La conc entración corr espondiente a dicha micelación, se conoc e c omo la conc entrac ión mic elar cr ític a ( CMC) . Por lo tanto, la CMC es la conc entrac ión a partir de la c ual las fuerz as que favor ecen. 28.

(29) la for mación de micelas , dominan a las fuerzas que s e oponen a esta ( Spitz 2004).. 2.6.2 Temperatura de Krafft. El punto de Krafft se define c omo la temperatur a por debajo de la cual la solubilidad de un s urfactante s e incrementa pronunc ia damente y la s olubilidad del mismo s e torna igual a la CMC. Por debajo del punto de Krafft, es posible que inc luso a la máxima solubilidad del s urfactante, la interfase no se sature, evitando as í la for mac ión de mic elas . De manera adv ersa, por enc ima del punto de Kr afft, se for man las micelas y debido a su alta solubilidad, oc urre un incremento abr upto en la solubilidad del s urfactante (Rosen & Dahanay ake 2000; Salager 1993).. 2.6.3 Poder espumant e La espuma es pr incipalmente un sistema de dos fases, una dispers ante (líquida) y otr a dis persa ( gas), que pr oduce un deter gente c uando realiza su acción de limpieza. Para determinar la capac idad de un deter gente de for mar la espuma, se utiliza el poder espumante, el cual mide el niv el de altur a que ésta alcanza al agitar una solución tensoactiv a en un rec ip iente cilíndrico (Zulina et al. 2006; Salmiah & Zahariah 2000).. 2.7. Propiedades fí sico-química s. 2.7.1. Tensión superficial. Cuando la s uperfic ie de un líquido pos ee propiedades de una película elástic a y muy delgada, s e dice que se gener a el fenómeno de la tensión superfic ial. Este efecto ocurr e, debido a que las fuerz as de atracc ión que afectan a las moléc ulas dif ieren tanto en el inter ior del líquido como en la superficie, ocas ionando que en el s eno del líquido s e anulen dichas fuerzas. El hecho da. 29.

(30) como res ultado que la ener gía de la molécula r esulte muy baja, generando as í una dis minución en la energía total del s istema, teniendo en c uenta que las moléc ulas en la superficie tienen una mayor energía pr omedio que las que se encuentran en el inter ior ( Salager 1993). Por otr o lado, cuando s e tiene un v olumen es pec ífico, la tens ión superficial cumple la tarea de dis minuir el ár ea de superficie del líquido, adquir iendo una forma esfér ica por ausencia de la gr avedad. As í mismo, la tens ión superficial genera la r esis tenc ia que el líquido presenta a la penetrac ión de su superficie. Una car acterís tic a muy importante de la tens ión superficial y las fuerzas molec ulares que se or igina entr e los líquidos es , que c uando entran en contacto con una superficie sólida, se pr oduce el fenómeno de la c apilaridad (Gir aldo 2005). 2.7.2 Dureza del agua. Para es ta propiedad, se debe tener en c uenta la concentrac ió n de s ales de calcio y magnesio pr es entes en la s oluc ión detergente. Cuando ocurr e una disminuc ión en la conc entración de ácido c arbónico en el agua, su dur eza decr ece, mientr as que en el cas o contrario, aumenta la solubili dad de fuentes de c arbonatos , gener ando un crec imiento en la durez a. Debido a este hecho, se establece que entre mayor sea la c oncentr ac ión, el agua es más dura, mientras que si res ulta menor , ésta s erá más blanda (Burgos 2006). Un aspecto fundamental de la dur eza es que puede ser temporal (de c arbonatos), o per manente (de no-car bonatos), en donde la disolución y pr ecipitación del proc eso gener an la for mación de estalagmitas y estalactitas. La Tabla 4 pres enta la clas ificación de las aguas s egún el gr ado de dur eza.. Tabla 4. Cl asificación de las agu as (tomado de www.sodi mac.com) Denominaci ón GPG (gr ano s por gal ón) PPM (par tes por mill ón) Blanda <1 < 17.1 Ligeram ent e dura 1 – 3. 5 17.1 – 60 Moderadam ent e dura 3.5 – 7 60 – 120 Dura 7 – 10 120 – 180 Muy dura > 10 > 180. 30.

(31) 2.7.3 Detergencia La detergencia es una propiedad que per mite deter minar la c apac idad de limpieza o remoción de suciedad que tiene una s olución deter gente. La prueba se rige de acuerdo con la nor ma estándar IEC 456, la cual mide el des empeño de una lavador a eléctr ica par a el lavado de prendas de uso en c asa (Zulina et al. 2006).. 2.7.4 Impacto ambiental. 2.7.4.1. Demanda química de oxígeno (DQ O). La demanda química de oxígeno ( DQO), al igual que la DBO, es un par ámetro que s e enc arga de medir el gr ado de contaminac ión de una muestr a líquida, mediante la cantidad de materia orgánica que puede ser ox idada por acc ió n de los medios químic os pres entes . De manera s imilar a la DBO, la DQO s e aplica en aguas residuales que contengan c antidades de materia or gánica, y también se ex pr esa en mg O2 /litr o. Cabe r esaltar que el valor de la DQ O es siempre mayor que el de la DBO, debido a que en esta técnic a se oxidan adic ionalmente las sus tancias no biodegr adables (Delgado & Gómez 2007). 2.7.4.2. Demanda biológica de oxígeno ( DBO ). La demanda biológica de oxígeno, conocida también como demanda bioquímica de oxígeno, es un parámetr o que se encar ga de medir el grado de contaminac ión de una muestr a líquida, mediante la c antidad de mater ia que puede llegar a ser consumida u ox idada por medios biológic os (c oncentrac ión de los c ontaminantes or gánicos). Por lo gener al, la DBO se utiliza en aguas residuales que puedan tener una cierta cantidad de mater ia or gánica y s e mide al cabo de 5 días ( DBO5) en mg O2/litr o (Delgado & Gómez 2007).. 31.

(32) 2.7.5 Vi scosidad Para un flu ido dado, la viscosidad aparente s e define c omo el coc ie nte entr e el esfuerzo c ortante y la velocidad de deformación. La medic ión de esta propiedad, se efectúa princ ipalmente en las unidades de miliPascales por segundo (mPa·s). El término en gener al, se utiliz a para referirse a la visc osidad de los fluid os no new tonianos, en los c uales la r elac ión entre esfuerz o c ortante y la velocidad de deformación no es lineal. Una característica importante de la viscosidad apar ente es que no depende de las car acter ís tic as de los fluidos, sino de las posibles c ondiciones ambientales que se pr esenten. Debido a esto, esta pr opiedad s e puede v er afec tada en gran parte por variables como el gradiente de v eloc idad de defor mac ió n, la temperatura y la pr esión, entr e otros (Blasco 2006). Para ev alu ar la viscos idad de un líquido en func ión de la temper atura, ex isten expr esiones como la ecuación de Arrhenius y Poiseville, en donde se encuentra que la viscos idad disminuye con el aumento de la temperatura. Salv o para el c aso del agua a una temperatur a menor a 30°C, la visc osidad en líquidos aumenta exponencialmente con la pres ión. Sin embargo, cuando se trabaja a una pres ión distinta de la atmosfér ica, los cambios de visc osidad en función de la pr esión son s ignificativamente pequeños , razón por la cual en la gran mayor ía de los c as os, el efec to de la pres ión se ignor a ( Sac hdev et al. 2006). 2.7.6 Densidad El tér mino de dens idad se refier e a la cantidad de mas a que se enc uentra en un volumen específic o, y es una magnitud que se puede expr esar c omo absoluta o relativa. Generalmente, la densidad de los detergentes líquidos se expr esa en tér minos abs olutos y tiene un valor aproximado a la del agua, contenida en un r ango de 0.9 a 1.1 g/ml, a diferencia de los detergentes en polv o que pr esentan v alor es menor es ( Spitz 2004).. 32.

(33) 2.7.7 pH La gr an may or ía de los deter gentes líquidos tienen un pH con car ácter básico, debido a la presencia de bases en las formulac iones (pr incipalmente NaOH). Sin embargo, algunas c ompañías pr oductor as de detergentes s e han venido enfoc ando en la ela boración de pr oductos con un pH neutral, con el fin de hacer los más aptos para el uso del ser humano al entr ar en c ontacto con la piel (Show ell 2006). 2.7.8 Conductividad La c onductividad en los detergentes líquidos se define c omo la capac idad de trans mis ión de calor, electric idad o s onido, r azón por la c ual es una v ar iable que se c ontrola en muchos s ectores de la industr ia químic a. Pare deter minar la conductividad en una s oluc ión es impor tante tener en c uenta el movimiento molec ular, así como la c antidad de sales disueltas que s e enc uentran en el líquido. Sin embargo, al realiz ar mediciones, la temperatura afecta dicho movimiento, causando alter aciones en los valor es y errores de pr ecisión. Por lo tanto, par a realiz ar medic iones comparativ as, es preciso tr abajar a una temperatur a de r eferenc ia c omprendida gener almente entre los 20 y 25º C (Valer o 2005).. 33.

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