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Surfactantes




Enviado por pheredia



    1. Agentes De Actividad
      Superficial
    2. Desarrollo del alquil benceno
      sulfonato LABS
    3. Procesos de producción de
      sulfonación
    4. Control del proceso en una
      planta de sulfonación
    5. Formulaciones típicas de
      empleo de Labs en productos

    Este escrito esta basado en uno de los compuestos
    quimicos de mayor utilizacion en la industria de
    jabones y detergentes, la cual emplea a los surfactantes como
    emulsificantes, tensoactivos y/o espumantes. No se hara
    profundizacion en la obtencion quimica del compuesto la cual se
    puede obtener contactando a su autor.

    1. AGENTES DE
    ACTIVIDAD SUPERFICIAL

    Los agentes activos
    superficiales o surfactantes (derivado del ingles surface active
    agents) son moléculas que contiene un segmento liposoluble
    (soluble en aceite) y otro hidrosoluble (soluble en agua). La
    solubilidad parcial tanto en agua como en
    aceite permite al surfactante ocupar la interfase (Figura
    1).

    Los agentes de actividad superficial son sustancias
    químicas que reducen la tensión superficial de los
    líquidos.

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    seleccione la opción "Descargar" del menú
    superior

    Figura 1. Los surfactantes: llave de
    sistemas
    inmiscibles

    Los surfactantes pueden ser clasificados por la carga
    iónica de la parte superficialmente activa de la
    molécula. En los surfactantes aniónicos, la carga
    molecular es negativa ; en los catiónicos, positiva ; en
    los no iónicos, no hay carga y en los anfóteros
    existen cargas tanto positivas como negativas en la
    molécula.

    2.
    CLASIFICACION

    2.1 AGENTES ANIONICOS

    Los surfactantes aniónicos contienen generalmente
    uno de cuatro grupos polares
    solubles – carboxilato, sulfonato, sulfato o fosfato – combinado
    con una cadena hidrocarbonada hidrófoba. Si esa cadena es
    corta son muy hidrosolubles, y en caso contrario tendrán
    baja hidrosolubilidad y actuaran en sistemas no
    acuosos como aceites lubricantes.

    Dentro de esta clasificación se encuentran
    compuestos como el alquil bencen sulfonato lineal (LABS) objeto
    de este documento, los alquil sulfatos (AS) derivados
    principalmente del petróleo,
    y de alta utilización en la industria de
    jabones y detergentes.

    2.2. AGENTES CATIONICOS

    Los surfactantes catiónicos comúnmente
    utilizados en detergentes, agentes limpiadores, líquidos
    lavaplatos y cosméticos están compuestos por una
    molécula lipofílica y otra hidrofílica,
    consistente de uno o varios grupos amonio
    terciarios o cuaternarios. Las sales de cadenas larga de amonio
    terciarias, obtenidas por neutralización de las aminas con
    ácidos
    orgánicos o inorgánicos, son raramente usadas en
    detergentes y preparaciones para limpieza. Su principal
    aplicación esta en el tratamiento de textiles y
    ocasionalmente como suavizantes tipo rinse. En aplicaciones
    cosméticas, su aplicación esta restringida a
    especialidades.

    Las sales de amonio cuaternarias con un solo grupo alquilo
    (C12-C18), o dos grupos mas cortos (C8-C10) son usados como
    sustancias activas antimicrobiános. Debido a su capacidad
    para adsorber sobre fibras o cabello, los inicialmente
    mencionados sirven como acondicionadores para el
    cabello.

    2.3 AGENTES NO IONICOS

    En contraste a sus contrapartes iónicas, los
    surfactantes no iónicos no se disocian en iones hidratados
    en medios
    acuosos. Las propiedades hidrofílicas son
    provistas

    por hidratación de grupos amido, amino, eter o
    hidroxilo. Cuando existe un número suficiente de estos
    grupos la solubilidad acuosa es comparable con la de los
    surfactantes iónicos. Las aplicaciones son extensas y
    dependen de la cantidad de grupos polares presentes, que
    determinaran la solubilidad tanto en agua como en aceite
    (cuantificada en la practica mediante el índice HLB, o
    balance hidrofílico – lipofílico).

    3. DESARROLLO DE
    ALQUILBENCEN SULFONATOS

    La historia de la manufactura de
    los alquil benceno sulfonatos (LABS) se remonta a los años
    1930. En Alemania, asi
    como en los Estados Unidos un
    alquil benceno fue producido por la monoclorinacion de fracciones
    de Kogasin y una reaccion subsecuente de Friedel – Crafts. La
    sulfonacion fue elaborada con oleum (acido sulfurico fumante). Y
    su subsecuente neutralizacion con hidroxido de sodio par la
    formacion de la respectiva sal disodica.

    A comienzos de los noventas, el propileno fue
    tetramerizado formando un α-dodecileno ramificado. La
    reaccion de Friedel-Crafts con benceno en la presencia de
    cloruro de aluminio o
    fluoruro de hidrogeno hizo
    disponible un proceso
    atractivamente economico para la sintesis del
    alquilbenceno. El sulfonato de tetrapropilenbenceno fue obtenido
    reemplazando el jabon empleado como componente surfactante
    anionico primario en las formulaciones para
    detergentes.

    La insuficiente biodegrabilidad debido a la alta
    ramificacion de la cadena carbonada condujo a una contaminacion
    acuosa. Por ello, el compuesto lineal fue empleado como un
    compuesto biologicamente mas degradable.

    Las fracciones de petroleo fueron separadas por el
    metodo del tamiz molecular en n-parafinas de la pureza deseada y
    convertidas a olefinas por diversos metodos. Las olefinas eran
    puestas en contacto con benceno, en la presencia de un
    catalizador acido, obteniendo el alquilbenceno lineal.

    Por medio de la selección
    del catalizador apropiado, se pueden obtener varias
    distribuciones isomericas del grupo fenil.
    La sulfonacion de alquilbencenos puede ser realizada con oleum,
    acido sulfurico o trioxido de azufre gaseoso. El grupo sulfonato
    se introduce dentro del anillo bencenico primariamente en la
    posicion P. El proceso podria
    ser operado en proceso discontinuo o continuo.

    La sulfonacion industrial de LAB (linear alkyl benzene)
    es logrado hoy en dia con trioxido de azufre SO3 en
    reactores especificos. Los reactores de pelicula liquida o tubos
    de contacto son los adecuados especialmente para
    aplicación del proceso continuo.

    En la reaccion con trioxido de azufre, en lugar de acido
    sulfurico, la generacion de subproductos es inevitable por lo
    cual los productos
    (acido sulfonico) se neutralizan con hidroxido de sodio
    obteniendo pastas con contenido de sustancia activa de alrededor
    del 60%. El producto final
    puede ser mezclado con una solucion de hipoclorito sodico acuosa
    para alcanzar colores mas
    claros.

    Para el analisis de la eficiencia del
    producto, la
    cadena lineal de carbon influye en el producto final afectando la
    humectacion, produccion de espuma y su estabilidad y tambien la
    tension superficial.

    4. PROCESOS DE
    PRODUCCION – HISTORIA

    El proceso clasico, que aun se emplea ampliamente, se
    basa en el tratamiento con SO3 (trioxido de azufre) de
    fracciones de petroleo. Su empleo como
    agente de sulfonacion es reconocido en la industria y los
    trabajadores rusos fueron pioneros en ese campo en el periodo de
    1925 – 1935.

    En 1957, Bilbert y Beldhuis publicaron una revision del
    SO3 empleado en la refinacion de los aceites lubricantes. En las
    ponencias del 5to congreso mundial del petroleo en 1959, Kaye
    describio una planta para la refinacion de fracciones de petroleo
    con SO3/oleum al 60%. Asi mismo, en el 4to congreso
    mundial de actividad superficial en 1964 se reporto el empleo del
    sistema Sulfurex
    de sulfonacion en cascada, el cual consiste de un cierto numero
    de recipientes con agitadores de alta potencia en
    cascada. La cantidad de SO3 es determinada por la
    cantidad de azufre liquido introducido por la bomba de
    dosificacion, y la alimentacion total SO3/oleum es
    determinada por la naturaleza y
    porcentaje del material sulfonable. De ahí, el producto
    pasa a un decantador en donde el exceso de acido en el aceite es
    removido y recirculado.

    La compañía Allied Chemical Process
    diseño
    un reactor en donde el SO3 es dosificado en un
    vaporizador, recogido por la corriente de aire y pasa a
    traves de enfriadores y filtros, y dirigido a la cima de una
    torre de reaccion a una temperatura de
    120°. El alquilato se bombea a las paredes internas de la
    torre, formando una pelicula liquida de material la cual
    reacciona con la mezcla de aire y
    SO3. No hay agitacion mecanica concerniente. Reactores
    como el mencionado estan patentados en diversas versiones en los
    cinco continentes.

    5. CONTROL DE UNA
    PLANTA MODERNA DE SULFONACION

    Una sistema de
    control para una
    planta de sulfonacion consiste de dos componentes que estan
    integrados en un sistema sencillo: panel de control
    de instrumentacion principal (ICP) y un centro de
    control de motor (MCC).
    Cuando se diseña e instala apropiadamente, este sistema no
    solo permite la operación de la planta de sulfonacion sino
    tambien mejora el entendimiento del operador acerca de la
    operación de la planta por medio de interfaces graficas. A
    mejor control es mejor la consistencia del producto y la calidad.

    La ICP esta integrada por el bucle de control, control
    logico, adquisicion de datos y la
    interfase del operador como un sistema sencillo. Las funciones
    incluyen: control analogo o control PID; control discreto (para
    emitir automaticamente la secuencia a las valvulas en los
    secadores de aire, y cuando el gas es enviado
    del sulfonador a la torre de absorcion; monitoreo de alarmas, y
    recetas para el ingreso automatico de variables
    usadas para el calculo de puntos de ajuste para la alimentacion
    organica y las materias primas del neutralizador.

    El hardware puede ser
    controladores individuales electronicos, o tan complicado como
    sistemas de
    control distribuido en la planta total. Como una opcion
    economica, esta el uso de sistemas de
    control PLC en la cual
    dos estaciones de trabajo PC conectadas directamente a los
    controladores, las cuales proveen al operador con la informacion
    necesaria para operar la planta. Normalmente, un paquete de
    graficas esta
    incluido en el software de control.
    Muestra una
    representacion grafica de un PID (diagrama de
    instrumentacion y proceso), el cual muestra las
    principales variables de
    operación e indica cuales motores estan
    operando. Los sistemas tipicos a controlar son: sistema de
    dosificacion de azufre, sistema de secado, sistema generador de
    SO3, sistema sulfonador; sistema de neutralizacion, y
    sistema de tratamiento de gases
    efluentes.

    El sistema analiza tambien las tendencias en las
    variables, desactivacion de alarmas y la recoleccion historica de
    datos.

    6.
    FORMULACIONES TÍPICAS DE EMPLEO DE LABS EN
    PRODUCTOS

    SHAMPOO PARA EL CABELLO FORMULA DOW #
    53

    Caracteristicas:

    Shampoo Cremoso

    Espuma jabonosa.

    Se enjuaga facilmente

    INGREDIENTES % en peso

    Surfactante TRITON X-200 (Sulfonato, Anionico)
    50.00

    Dietanolamida de acido C12 5.00

    Miristato de Isopropilo 0.50

    EDTA tetrasodio 0.05

    Agua 44.9

    PREPARACION

    Combinar y mezclar todos los ingredientes, excepto
    el agua, por 5
    minutos.

    Calentar la mezcla a 57 C.

    En recipiente separado precalentar el agua a 57
    C. Mezclar las soluciones.

    Agitar el batch por 30 minutos at 57 C. Lentamente
    enfriar a temperatura
    ambiente.

    Agregar fragancias, colores y
    conservantes a gusto.

    USO

    Usese 1 – 2 tapas por aplicacion.

    DETERGENTE PARA VAJILLA

    Formula de DOWFAX Surfactants

    INGREDIENTES % en peso

    Alquilbenceno sulfonato lineal (55% activo)
    43%

    Stepanol MG (27% activo) 11%

    Alkamide C-212 (85% activo) 6%

    DOWANOL* PM glicol eter 3%

    Glicerina 0.5%

    Surfactante DOWFAX Hydrotrope

    (Alkyldiphenyloxide Disulfonic Acids) cant.
    necesaria

    Agua desionizada Resto

    Preparacion:

    Los ingredientes se agregan tal cual estan
    enumerados.

    Los detergentes en general contienen xileno sulfonato de
    sodio (SXS)

    y etanol para ajustar la turbidez, proveer estabilidad y
    reducir la

    viscosidad. El DOWFAX Hydrotrope puede reemplazar tanto
    al SXS y al

    etanol de acuerdo a las necesidades especifica s del
    producto.

    La fabricacion de detergentes y preparados para limpieza
    en Colombia estaba
    conformado por 20 sociedades en
    1995 con una participacion del 17.88% en la totalidad del sector
    quimico con un aumento de los ingresos
    operacionales de $615,940 millones a $797,351 millones de 1994 a
    1995.

    Bibliografia

    KIRK, OTHMER. Enciclopedia de tecnologia quimica.
    1997

    SPITZ, LUIS. Technology of Soaps and Detergents.
    1997

    Ing. Pablo Cesar Heredia S.

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