jabones-y-detergentes-17-18.docx
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO
DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CÁTEDRA : 17.-PRODUCTOS DE LIMPIEZA AGENTES QUELANTES
TECNOLOGÍA QUÍMICA
CATEDRÁTICO :
Ing. ROJAS SACARIAS
INTEGRANTES :
TACZA TACZA Elva Ketty
TORRE VALLADOLID Edith Jakeline
VELASQUEZ BALVIN Kepler Lenin
VILCATOMA CONTRERAS Toño Bruno
YAURI CHUQUIMANTARI Denisse Karen
SEMESTRE : VI
Huancayo- Perú
2014
LOS AGENTES QUELANTES EN LA INDUSTRIA DE
PRODUCTOS DE LIMPIEZA
Un quelante, o secuestrante, o antagonista de metales pesados, es una sustancia que
forma complejos con iones de metales pesados. A estos complejos se los conoce como
quelatos, palabra que proviene de la palabra griega chele que significa "garra".
DETERGENTES SINTETICOS
La acción detergente es el resultado de propiedades humectantes y emulsionantes.
Esto le confiere la facultad de disolver, poner en suspensión, neutralizar y emulsionar
las manchas y suciedad. Dichas características no se obtienen generalmente con un
producto único, sino con una formulación equilibrada.
Es una creencia extendida que la acción de los detergentes sintéticos no depende de la
dureza del agua. Esto tiene origen en el hecho que el agua dura no precipita ni rompe
la espuma formada por los detergentes. Sin embargo el poder mojante disminuye en
prácticamente todos los detergentes por la presencia de las sales que causan la dureza
del agua, alterando sus propiedades en diverso grado. Numerosas investigaciones
permitieron explicar este fenómeno al demostrar que los iones alcalinotérreos
presentes (calcio y magnesio) causan dos efectos adversos sobre los detergentes:
Reducen el tamaño promedio de las miscelas que forman la solución
coloidal, de las que dependen en gran medida las propiedades detergentes
y dispersantes.
Los iones calcio y magnesio, presentes en la suciedad, están fuertemente
adsorbidos sobre el algodón a través de los grupos carboxílicos presentes en
las cadenas de celulosa, dificultando su remoción por el detergente.
Los iones calcio promueven además la redeposición de la suciedad sobre artículos de
algodón por el mismo mecanismo que inhibe su remoción.
CAPACIDAD SECUESTRANTE
Las principales características del EDTA,
NTA y DTPA son la gran estabilidad de
los complejos que forman, mucho mayor
que los polifosfatos, y el secuestro de
iones de metales pesados presentes en solución: hierro, cobre, zinc, etc., que no son
complejados por los polifosfatos. El producto con mayor poder secuestrante por unidad
de peso es el NTA: para complejar 100 partes de carbonato de calcio se necesitan 275
partes de NTA trisódico (monohidrato) 750 g de NTA Solución 34%; la cantidad
equivalente de EDTA tetrasódico (cristal 87%) es de 436 partes 1000 partes de EDTA
solución 38%.
CAPACIDAD "BUILDER”
La eutroficación (crecimiento desmedido de algas) de lagos y río debido a los fosfatos
constituye actualmente un grave problema ecológico. En el año 1987 se calculaba que el
20% de los fosfatos de lagos y ríos europeos se originaba en el tripolifosfato de sodio
utilizado como "builder" en detergentes. Algunos países (Suiza, Canadá) prohibieron o
disminuyeron drásticamente su uso.
El NTA constituye el sustituto mas efectivo de los tripolifosfatos disponible
actualmente: mantiene la capacidad detergente, evita la predeposición de la suciedad
y la formación de incrustaciones (sarro) por precipitación de sales poco solubles (orto
y pirofosfatos, carbonatos, silicatos, etc.) de calcio y magnesio. No causa problemas
de corrosión en lavarropas, (acero inoxidable, bronce, aluminio, cobre) ya que el
metasilicato de sodio que normalmente contienen los detergentes actúa como
inhibidor.
El NTA presenta un efecto sinérgico cuando se utiliza conjuntamente con polímetros
carboxílicos solubles o con difosfato tetrapotásico, optimizando el desempeño de
detergentes.
ESTABILIZADORES Y BLANQUEADORES
Los perboratos y otras persales inorgánicas, utilizadas
en la industria de agentes de limpieza como
blanqueadores, se descomponen rápidamente en
presencia de trazas de iones metálicos que actúan
como catalizadores (especialmente hierro y cobre). Los
polifosfatos, al no complejar iones metálicos, no
impiden la descomposición.
El EDTA y sus sales evitan este problema al secuestrar en forma prácticamente total los
iones de metales pesados (por ejemplo la concentración de ion cobre libre que queda
en presencia de cantidades equimoleculares de EDTA es 10-18 a pH 8). El agregado de
EDTA presenta además otra ventaja: reduce el ataque a los tejidos por el oxígeno
liberado en la descomposición de persarles, evitando la degradación de las cadenas de
celulosa a oxicelulosa (desprovista de resistencia mecánica) y manteniendo las
propiedades del algodón, lino, rayón y derivados. Así en presencia de secuestrantes se
puede aumentar la temperatura de utilización de detergentes con blanqueadores.
POTENCIACION DE BACTERICIDAS
El EDTA y sus sales tienen una importante acción biocida contra las bacterias gram-
negativas, especialmente Pseudomonas. El efecto antibacteriano se debe a que al
secuestrar calcio y magnesio rompe los puentes de unión entre polifosfatos que
forman la pared celular, dando como resultado la solubilización parcial de las
membranas y permitiendo la entrada de los bactericidas.
POTENCIACION DE BACTERIAS
El EDTA y sus sales tienen una importante acción biácida contra las bacterias gran
negativas, especialmente con la Pseudomonas.
El efecto antibacteriano se debe a que al secuestrar calcio y magnesio rompe los puentes
de unión entre poli fosfatos que forman la pared celular, dando como resultado la
solubilizarían parcial de las membranas y permitiendo la entrada de los bactericidas.
OTRAS CARACTERISTICAS
En la parte ecológica es que el NTA utilizado en los detergentes es biodegradable no
deja residuos tóxicos. Otra característica es que estos detergentes compuestos por
EDTA-DTPA no generan precipitados como otros detergentes estos también presentan
un aumento del 3 a 7 % en el poder mojante de los detergentes sintéticos
USOS Y DOCIFICACION
En polvos de limpieza alcalinos son recomendables las sales sódicas de NTA y EDTA;
los ácidos son la opción más conveniente para polvos con bajo pH de utilización.
La elevada solubilidad de las sales sódicas permiten su agregado a detergentes
concentrados, evitando problemas de floculación o turbidez a bajas temperaturas. Son
particularmente recomendables en sistemas de lavado con alta presión (water-jet) o
vapor, donde los detergentes se diluyen en aguas duras y se someten a elevado stress
térmico.
JABONES
Los jabones son más beneficiosos cuando estos tienen una máxima eficiencia de lavado
para esto se deben reducir las concentraciones de calcio y magnesio que estos poseen,
de esta manera también se reduce la baja solubilidad.
JABONES SOLIDOS
Para la mejora de estos jabones se debe reducir la presencia de metales ya que estos
hacen que dicho jabón se oxide rápidamente , como una solución esta la adición del
EDTA di sódico esta puede evitar los problemas de oxidación y decoloración.
El agregado de EDTA Tetra sódico a jabones en concentraciones del 1-2% mejora
notablemente sus propiedades en agua dura, especialmente en lavado con agua caliente.
JABONES LIQUIDOS
La adición de complejantes poliaminocarboxilicos a jabones líquidos o champo
incrementa su transparencia, mejora sus características de lavado y provee estabilidad
por largo tiempo.
La principal causa de aparición de turbidez en jabones líquidos son los jabones
metálicos y silicatos, que se forman por los iones metálicos contenidos en el agua y los
productos químicos empleados.
En estos casos se recomienda la utilización de 1% de EDTA Tetrasodico o 1-2% de
DTPA Pentasodico (solución al 40%) por peso de solución.
SOLUCIONES ALCALINAS (LEJIAS)
Al utilizar concentraciones de EDTA tetrasodico en lejías ayudara a la disminución de
concentraciones de carbonatos, fosfatos y silicatos alcalinos los cuales conducen a la
formación de complejos metálicos insolubles. También ayuda a quitar esa opaquidad
que se produce al lavar vidrios o botellas.
La adición de EDTA o sus sales aumentan la acción germicida de las lejías destinadas al
lavado de botellas.
Para lejías con alto contenido de hidróxido de sodio o potasio (2 a 4%) son utilizados
complejantes con Trietanolamina (EDTA ácido + Trietanolamina).
Los complejantes no son útiles para incorporar a las lejías a base de hipoclorito.
Contrariamente un 0,2 a 0,5% de EDTA Tetrasodico permite clarificar las soluciones
amoniacales.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO
DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CÁTEDRA : 18.-MANUAL - LIMPIANDO LA ROPA CON ENZIMAS
TECNOLOGÍA QUÍMICA
CATEDRÁTICO :
Ing. ROJAS SACARIAS
INTEGRANTES :
TACZA TACZA Elva Ketty
TORRE VALLADOLID Edith Jakeline
VELASQUEZ BALVIN Kepler Lenin
VILCATOMA CONTRERAS Toño Bruno
YAURI CHUQUIMANTARI Denisse Karen
SEMESTRE : VI
Huancayo- Perú
2014
LIMPIANDO LA ROPA CON ENZIMAS
ORIGENES DEL JABON
El uso de jabones se remonta a los Babilonios (2700 AC). Aunque los árabes ya los
comercializaban desde el siglo VII, llegaron al sur de Europa cinco siglos más tarde.
Preparadas artesanalmente a partir de aceite de oliva y cenizas de laurel.
Se populariza en la Europa en el siglo XIX y surgen nuevas tecnologías para sustituir
las cenizas, se desvela la química de los lípidos, llegan de las colonias materias primas
más baratas, como el aceite de palma, y disminuyen los impuestos sobre las barras de
jabón.
DETERGENTES Y MAQUINAS
En 1907, la empresa alemana Henkel lanza Persil, un jabón para el lavado de ropa en el
que para facilitar la remoción de la suciedad se agregaron otros productos químicos:
perborato, silicato y carbonato de sodio.
Las enzimas, así como sus características y propiedades, fueron descubiertas en la
segunda mitad del siglo XIX. Persil y Burnus, que deben ser considerados los
precursores de los productos modernos. Dos acontecimientos posteriores fueron
decisivos para el progreso de la tecnología del lavado de ropa:
La sustitución de los jabones por detergentes sintéticos derivados del petróleo,
en Alemania, durante la Primera Guerra Mundial.
El invento de la máquina de lavar eléctrica, por la empresa de aviación
norteamericana Bendix, poco antes de la Segunda Guerra Mundial.
En poco tiempo los jabones también son desplazados por los detergentes en el lavado de
la vajilla y la limpieza doméstica.
LOS PROBLEMAS AMBIENTALES
Las primeras moléculas utilizadas no eran degradadas por los microorganismos del
medio ambiente, la espuma se acumuló en ríos y lagos. Un problema ambiental que sólo
fue resuelto en la década del 60, cuando las cadenas ramificadas de los sulfonatos de
alquilbenceno fueron sustituidas por cadenas lineales, que sí son biodegradables.
Con esta modificación los detergentes tienen una vida media de 1 a 3 semanas. A pesar
que en aguas duras los detergentes son más eficaces que los jabones, su desempeño
mejora cuando el agua se “ablanda” con una sustancia capaz de secuestrar los iones de
calcio y magnesio, responsables por su “dureza”. Esa es la función del tripolifosfato de
sodio; su inclusión en un producto de lavar la ropa representó una innovación de peso
que se difundió rápidamente.
Cuando las señales de eutrofización de ríos y lagos se tornaron evidentes, la sociedad
comenzó a cuestionar la presencia de fosfatos en los productos de limpieza y a pedir que
se los eliminara. En la década del 70 los fosfatos comenzaron a ser reemplazados,
primero por otras moléculas (citrato de sodio, carbonato de sodio, silicato de sodio) y
más tarde por la zeolita, un mineral derivado de la arcilla e insoluble en agua pero que la
ablanda sin causar efectos negativos en el medio ambiente.
LA LLEGADA DE LAS ENZIMAS
La máquina de lavar se difundió en Europa a mediados de la década del 60. De modo
que hubo que inventar productos más eficientes capaces de limpiar sin la necesidad de
hervir el agua, porque tanto en ese entonces como ahora, temperaturas menores
significan menor consumo de energía. Por sus características, las enzimas fueron la
solución a ese desafío. Primero se sustituyó en un producto la tripsina pancreática por
una proteasa (de origen bacteriano). Al poco tiempo, otros productos con proteasas y
amilasas (enzimas “glotonas”) fueron lanzados en medio de grandes. En 1971 la
Academia Nacional de Ciencias concluyó que las enzimas de los productos de lavar
eran un avance tecnológico sin riesgo alguno para la salud. En 1975 hay otro avance
tecnológico importante, ya que se consigue encapsular las enzimas en pequeñísimos
gránulos, recubiertos por un material inerte que se dispersa en el agua. El encapsulado
impide la formación de polvillo, un agente alergénico para las vías respiratorias de
contacto, junto a otras medidas como el uso de las cantidades recomendadas y un buen
enjuagado de la ropa.
¿Cuál es el origen de las enzimas comerciales? la producción de enzimas se abre con la
llegada de la tecnología del ADN-recombinante. Transfiriendo un gen de lipasa de
Humicola lanuginose a Aspergillus oryzae se logró obtenerlas en cantidades
Comerciales. Poco después se obtuvieron las celulasas alcalinas, producidas en cepas de
Bacillus. Actualmente, la mayor parte de la producción industrial de enzimas se basa en
la biotecnología moderna, porque es más fácil transferir un gen a un microorganismo
conocido que redimensionar los parámetros de la producción industrial para cada
microorganismo que produzca una enzima interesante. Se utilizan bacterias del género
Bacillus (proteasas, celulasas y amilasas) y también hongos como Aspergillus oryzae
(lipasas) y Humicola (celulasas).
LOS COMPONENTES DE UN PRODUCTO COMERCIAL MODERNO
El agente principal es un agente tensioactivo aniónico que actúa como surfactante. Se
trata de una molécula que presenta un grupo polar, con afinidad por el agua y otro
apolar, con afinidad por grasas y aceites. El surfactante consigue reducir la tensión
superficial y envolver la suciedad formando una gotita cargada negativamente que se
dispersa en el agua. La acción del surfactante es complementada por otros componentes
activos como substancias blanqueadoras y enzimas capaces de fragmentar la materia
orgánica. Hay sustancias que cumplen una función auxiliar, evitando la formación de
espuma o impidiendo que después de dispersada y fragmentada, la suciedad vuelva a
asentarse en la prenda. Los detergentes se los acompaña con sustancias que ablanden el
agua por captación de los iones de calcio y magnesio. Para mejorar la calidad del
producto se agregan suavizantes y germicidas.
EL PAPEL DE LAS ENZIMAS
Las enzimas representan el 1-2% del producto comercial. Su papel es el de aproximar
las moléculas, con lo cual disminuye la energía necesaria para formar o romper una
unión química.
Cada una ejerce su acción sobre el sustrato correspondiente: las proteasas actúan sobre
las proteínas, las amilasas sobre el almidón, las lipasas sobre grasas y aceites, y las
celulasas sobre la celulosa.Son proteínas y su origen biológico las torna biodegradables.
TRABAJAR CON LO COTIDIANO
Este tema nos brinda la posibilidad de descubrir que un producto comercial de uso
cotidiano es el resultado del desarrollo científico y tecnológico con derivaciones para el
medio ambiente. De entrada se ve que hay muchos productos y pocos fabricantes. Los
mayores tienen varias marcas que difieren por el peso, la presentación (en polvo,
líquidos, super-concentrados) y la composición (con y sin enzimas).Vale la pena
comparar la composición de dichos productos.
Hay experiencias simples que permiten identificar la presencia de los diferentes tipos de
enzimas, así como comparar la eficiencia de los productos con y sin enzimas en la
remoción de manchas orgánicas. Los experimentos presentados fueron realizados con
productos con enzimas y sin enzimas, comprados en Brasil y Argentina.
IDENTIFICANDO ENZIMAS EN LOS PRODUCTOS PARA LAVAR LA ROPA
Las enzimas suelen detectarse por ensayos de difusión en placas de Petri con agar y
usando los sustratos correspondientes. La técnica, que requiere de una manipulación en
el laboratorio y algunos materiales. Pero hay otros test útiles para identificar cuáles son
las enzimas presentes en un producto para el lavado de ropa. Las Actividades 1 a 4
muestran cómo detectar proteasas, celulasas, amilasas y lipasas. Los experimentos se
realizan con cucharitas y vasos plásticos, que pueden ser reemplazados por frascos de
vidrio y botellas de plástico cortadas. Las medidas se hacen con los elementos
habitualmente usados en la cocina. En algunas de las experiencias se añade el producto
directamente sobre el sustrato, un procedimiento que se aplica a proteasas, celulasas y
amilasas. Para identificar las lipasas, se usa una solución previamente decantada o
filtrada. Los tiempos indicados son aproximados, ya que dependen de la temperatura
ambiente, de modo que cada uno deberá adaptar los experimentos a las condiciones
locales. Los controles son indispensables.
EVALUANDO EL DESEMPEÑO DE LOS PRODUCTOS PARA LAVAR ROPA
En la industria hay un procedimiento estándar para evaluar el efecto de la inclusión de
una enzima en un producto destinado al lavado de ropa. Las muestras de tela manchadas
con algunas de las substancias habituales (huevo, tomate, aceite) se separan en dos
grupos, uno de ellos será lavado con un producto sin enzimas y el otro con el mismo
producto pero con la enzima correspondiente. Para eliminar la subjetividad de las
observaciones directas, se evalúa el resultado mediante un parámetro físico,
denominado reflectancia, que se mide por espectrofotometría. La eficiencia entre los
diferentes tratamientos (con y sin enzima) se expresa como la diferencia entre las
reflectancias obtenidas en ambos casos. El control de un producto biológico puede ser el
mismo producto hervido durante 1 hora para desnaturalizar las enzimas.
Tela: mientras sea blanca, cualquiera sirve, inclusive una funda de almohada o
una sábana vieja. Las muestras pueden ser de 10 x 20 cm, o aún más pequeñas.
Manchas: salsa de tomate, huevo, bebida chocolatada, pasto, tierra, lápiz labial
en un poquito de aceite, etc.
Concentración: 1 a 4 cucharas de sopa por litro, equivalentes a 0,5 2% m/v.
Duración del experimento: entre 2 y 24 horas, según lo que resulte más
conveniente para el plan de trabajo.
Temperatura: ambiente.
Agitación: en general, revolver 10 veces al iniciar y al terminar el tiempo de
incubación es suficiente.
Enjuagues: la mejor manera es sin restregar, llenando y vaciando el recipiente
20 veces hasta eliminar totalmente el producto.
Secado: a la sombra, porque el sol y las luces fuertes alteran los pigmentos,
dando falsos resultados.
LA IMPORTANCIA DE LAS ENZIMAS EN LA REMOCIÓN DE LAS
MANCHAS
La importancia de la inclusión de enzimas para remover las manchas. Se comparan dos
sistemas, uno con enzimas y otro sin ellas. Si bien este último podría ser el
correspondiente “sin enzimas” del mismo fabricante, es mucho más impactante usar el
producto con enzimas hervido durante una hora, de modo de eliminar la actividad de las
enzimas.
LA BIOTECNOLOGIA
En la actualidads las enzimas forman parte de los procesos industriales y de las
actividades domésticas. Por ejemplo: al lavar la ropa todas las prendas en general ya sea
de lino, lana algodón etc. Las enzimas son las que hacen el trabajo sucio de sacar las
manchas en efecto el detergente en polvo tiene enzimas que remueven selectivamente
las manchas de aceites, proteínas o almidones de la ropa. Las enzimas son
biocatalizadores, proteínas que aceleran los procesos de degradación, transformación o
fabricación desustancias.
Existe una gran cantidad de suciedad en la ropa que proviene de:
Desechos que genera el cuerpo y las bacterias que viven en la piel humana en
las actividades diarias . Cada día una persona genera escamas de piel, sudor,
sebo, triglicéridos, ácidos grasos y colesterol. La microflora de la piel humana
(hasta 1,5 millones de bacterias viven en 1 cm2) se alimenta de estos desechos
orgánicos y produce compuestos adicionales que con frecuencia despiden un
fuerte olor.
Sustancias que derivan de productos de higiene personal como lociones, cremas,
desodorantes, maquillaje y lacas.
Compuestos del ambiente, por ejemplo del aire.
Agregados de los tejidos (suavizantes, blanqueadores ópticos, fijadores de tintes,
etc.) y residuos de detergentes (aromas, suavizantes, etc.)
Eliminar la suciedad no es un reto menor. Los parámetros que pueden influir en los
resultados y y satisfacer al consumidor son variados, y van desde el tipo de tejido y la
tintura empleada, hasta demandas de comodidad, bajo costo, cuidado de los tejidos y
eficiencia. A diferencia del jabón tradicional, la tecnología de los detergentes modernos
es bastante compleja. Un jabón es la sal alcalina (generalmente de sodio o potasio) de
un ácido graso de cadena larga. Posee dos partes, la cola que es lipofílica (afín a las
sustancias grasas) y repele el agua (hidrófoba), y la cabeza que es hidrófila (afín al
agua) o polar.
Es por ello el aprovechamiento de la Bioingeniería de enzimas que en las últimas
décadas décadas, nuevos desarrollos en enzimología en combinación con la aplicación
del ADN y la ingeniería de proteínas han conducido a la bioingeniería de enzimas. Esta
ingeniería de proteínas consiste en modificar una proteína existente o crear una nueva
proteína con propiedades específicas. Estas tecnologías avanzan con el estudio de los
extremófilos, la identificación de nuevos compuestos y las rutas metabólicas, y la
caracterización molecular y bioquímica de componentes celulares.
Debido a que muchos procesos industriales requieren altas o bajas temperaturas o pH
ácidos o alcalinos, los organismos extremófilos que viven en condiciones ambientales
extremas de temperatura, salinidad, etc., se han convertido para las industrias en
atractivas fuentes de enzimas. Por ejemplo, en la industria de los detergentes y jabones
para la ropa de uso hogareño se utilizan biocatalizadores que quiten las manchas a baja
temperatura, mientras que en tratamientos de esterilización de ropa de quirófano se
prefiere un jabón que tenga biocatalizadores que funcionen a altas temperaturas. La
industria del cuero y las pieles requiere enzimas que degraden proteínas de la piel de los
animales en condiciones de alta salinidad o minerales. En cada caso se emplearán
enzimas provenientes de diferentes extremófilos. Es por ello que el jabón es de gran
importancia en la vida diaria para nuestra civilización además de la exigencia
higiénica, es una necesidad para cada individuo, permitiendo mantenernos pulcros
y aseados, para así poder evitar infecciones, enfermedades, prevenir también la
piel grasosa, causante del acné.