Transcription of SURFACTANTES - Laboratorio FIRP
1 CUADERNO FIRP S302-PP. MODULO DE ENSE ANZA EN FENOMENOS INTERFACIALES. SURFACTANTES . III. SURFACTANTES ani nicos Jean-Louis SALAGER y Alvaro FERNANDEZ. PLAN PILOTO en ESPECIALIDADES QUIMICAS. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. FACULTAD DE INGENIERIA. ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA. Lab. Formulacion, Interfaces, Reolog a y Procesos MINISTERIO DE. CIENCIA Y TECNOLOGIA. PPGEA-FONACIT. M rida-Venezuela (2004). III. SURFACTANTES ANIONICOS. Contenido JABONES 2. Saponificaci n y neutralizaci n 2. Materia prima utilizada 2. Aceites y grasas Cati n Fabricaci n industrial 3. Saponificaci n por cochada Proceso cont nuo SULFONACION Y SULFATACION 6. Mecanismos de sulfonaci n 6. Sustituci n electrof lica sobre un arom tico Adici n sobre una olefina Sustituci n sobre un carbono saturado Mecanismo de sulfataci n 8.
2 Esterificaci n de un alcohol Adici n sobre un doble enlace Reacciones secundarias Tecnolog a de la sulfonaci n-sulfataci n 9. Problemas Reactores Neutralizaci n SULFATOS 10. Sulfatos de alcoholes primarios 10. Sulfatos de alcoholes secundarios 11. Sulfatos de n-etoxialcoholes alif ticos y etoxifenoles 11. Alcohol sulfatos como intermediarios 11. Aceites y grasas sulfatadas 12. Monoglic ridos sulfatados 13. Alcanolamidas sulfatadas 14. ALQUIL ARIL SULFONATOS 14. Tipos y rese a hist rica 14. Dodecil-benceno sulfonato: ABS y LAS 15. Biodegradaci n 17. Hidr tropos 17. III. 5. SULFONATOS DE PETROLEO 17. Sulfonatos de caoba (mahogany) 17. Sulfonatos de petr leo 18. Propiedades y mercado de los sulfonatos de petr leo 19. SULFONATOS DE ALFA-OLEFINAS (AOS) 19.
3 Materias primas 19. Sulfonaci n-neutralizaci n 19. Propiedades 20. OTROS SULFONATOS 21. Sulfonatos de parafina 21. Lignosulfonatos 21. Compuestos sulfo-mono-carboxilicos 22. Sulfosuccinatos y sulfosuccinamatos 22. Alquil gliceril eter sulfonatos (AGES) 23. Sulfo-alquil ester de cido grasos 23. OTROS SURFACTANTES ANIONICOS 24. SURFACTANTES organo-fosforados 24. Acil-amino cidos (sarc sidos) 26. Cuaderno FIRP # 302PP 1 SURFACTANTES Ani nicos III. SURFACTANTES ANIONICOS. Son aquellos que en soluci n acuosa, se disocian en un ani n anf filo y un cati n met lico o amonio. En esta categor a entran m s del 60% de la producci n de SURFACTANTES : jabones, detergentes en polvo y l quido. JABONES. Saponificaci n y neutralizaci n Se llaman jabones las sales de sodio o de potasio de los cidos grasos.
4 Por extensi n el cido puede ser cualquier carboxilato ("tall-oil", "rosin-oil"), y el metal alcalino puede reemplazarse por una amina, amida o etanol amina. Si se usa un metal pesado polivalente se obtiene una substancia liposoluble. El jab n se prepara mediante soponificaci n de los triglic ridos de origen vegetal o animal por una soluci n de hidr xido alcalino. Por ejemplo con un triglic rido del cido este rico. 3 NaOH + (C17H35 COO) 3C3H5 3 C17H35 COONa + CH2-CHOH-CH2OH. se produce el estearato de sodio (jab n) y el glicerol. Si se dispone de un cido graso obtenido por hidr lisis del triglic rido o por s ntesis, se hace simplemente una neutralizaci n. NaOH + C17H35 COOH C17H35 COONa + H2O. Materia prima utilizada Aceites y grasas Nunca se usa un s lo carboxilato, primero porque ser a antiecon mico obtenerlo, y segundo porque se obtienen mejores jabones con mezclas.
5 Refiri ndose a la Tabla se ve la correspondencia entre los triglic ridos naturales (aceites y grasas) y el contenido en cidos grasos. De manera general se puede decir que los carboxilatos de cadena corta (C10-12) son r pidamente soluble en agua, producen espuma y toleran el agua dura. Sin embargo son tambi n irritantes para las pieles sensibles. Por otra parte los carboxilatos en C18. saturados o insaturados no son irritantes y pueden usarse en jabones y cremas f ciles, pero se solubilizan en agua muy lentamente. Un buen balance anf filo lo tiene el palmitato de sodio. Los jabones de aceite de palma son la base de los jabones de tocador. Se mezclan con jabones de aceite de oliva ("Palmolive", "Jab n de Marseille") para mayor suavidad y menor irritabilidad, y con un poco de jab n de aceite de coco o de almendra de palma para aumentar el poder espumante y disolver eventuales jabones de calcio que pueden formase con agua dura.
6 El aceite de ric n (80% de cido ricinol ico) se usa para jab n en barra transparente. El aceite de coco (50% de cido l urico) se usa para jabones de marina que deben espumar en el agua salada. Para jabones en escamas para lavar la ropa, se usan grasas animales y aceites de madera (tall-oil y rosin-oil). Sin embargo tres cuartos de la materia prima (para jabones ordinarios o de lavado de ropa). son las grasas animales, en general grasa de rez (tallow). Cuaderno FIRP # 302PP 2 SURFACTANTES Ani nicos Cati n Para obtener un buen balance anf filo se usa un cati n alcalino, sodio o potasio, o un cati n org nico monovalente, amina o etanol-amina. Por ejemplo el oleato de trietanol-amina se usa en cosm ticos o como jab n de lavaseco. Los jabones de metales pesados polivalentes tienen inter s desde dos puntos de vista.
7 Primero, son liposolubles y se utilizan en medio ol ico como detergentes, inhibidores de corrosi n, agentes de gelificaci n de grasas de lubricaci n, etc. Por otra parte se forman naturalmente cuando se usan jabones de sodio con agua dura, produciendose sales de calcio insolubles, que forman grumos caracter sticos que se pegan en el "anillo de la ba era". Los jabones de aluminio tienen una f rmula intermedia entre A1(OH)(OOCR) 2 y A1(OOCR)3. Se obtienen por reacci n del cido graso con un alcoholato de aluminio. En solventes org nicos forman micelas fibrosas y otras estructuras gelificantes de inter s para la fabricaci n de grasas lubricantes. Los jabones de plomo, manganeso, cobalto y cinc se usan como agentes secantes en pinturas, mientras que los jabones de cobre tienen propiedades fungicidas.
8 Los estearatos de cinc y de magnesio se usan en polvos faciales. Se preparan por precipitaci n a partir de una soluci n de jab n de sodio, mediante introducci n de una sal soluble del metal pesado. Fabricaci n industrial Saponificaci n por cochada Los jabones para lavado y los jabones en barra ordinarios se fabrican por un proceso discontinuo en cochadas de 1 a 500 toneladas, en un tanque cil ndrico de fondo c nico. Se introduce una soluci n al 10-15% de NaOH y luego se a ade los aceites y las grasas fundidas en cantidades estequiom tricas. Se calienta y se agita con una inyecci n de de vapor en el fondo del tanque. Se hierve la cochada durante 4 horas para completar la saponificaci n. Luego se a ade cloruro de sodio y se sigue calentando hasta que el jab n se separe como una fase ol ica sobrenadando.
9 La fase acuosa contiene el cloruro de sodio y el glicerol. Toda la operaci n requiere aproximadamente 8 horas. Se separa la fase acuosa y se deja hervir varias horas, completando la saponificaci n y eliminando el glicerol. Luego se contacta el jab n con una soluci n de NaOH al 6% y se sigue hirviendo para terminar la saponificaci n y neutralizar los cidos eventualmente liberados. El jab n no es soluble en esta soluci n alcalina y forma gr nulos. De ltimo se incorpora un 20-30% de agua al jab n y eventualmente una peque a cantidad de sal. El jab n adquiere su aspecto de pasta suave, y se separan dos finas capas, arriba el jab n puro y abajo el "nigre" que se pasa a la cochada siguiente. El proceso completo requiere del orden de 40 horas, y el jab n resultante contiene 30-35%.
10 De agua. Un kilo de aceite produce 1,5 kg de jab n. En ciertos casos los maestros jaboneros usan el comportamiento trif sico llamado tri ngulo del fabricador de jab n que ocurre en condiciones muy precisas, como lo explica R. Laughlin en el cap tulo de su libro (The aqueous phase behavior of surfactant solutions 1994 que dedica a la historia de la quimica coloidal. Proceso cont nuo El proceso por cochada se usa en peque as empresas o para fabricaci n de jabones especiales. La fabricaci n del jab n ordinario o para lavar se realiza ahora como una operaci n continua con un tiempo de residencia del orden de 2 horas. El proceso no est basado sobre la saponificaci n directa sino sobre una hidr lisis del triglic rido, seguido de la neutralizaci n de los cidos grasos.)
