industria de los tensoactivos

Tema 10. La Industria de los Agentes Tensoactivos
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1.- Anfifílicos.
El interés de los compuestos tensoactivos radica en su carácter anfifílico: es decir, en la presencia en una misma
molécula de dos o más grupos con propiedades antagónicas respecto de un mismo disolvente. Todas las sustancias
anfifílicas tienen una estructura molecular común que tiene dos partes: un grupo polar que contiene heteroátomos
como O, S, P ó N que se encuentran en grupos alcohol, ácido, sulfato, sulfonato, fosfato, amina, amida, etc, y un
grupo apolar o poco polar que es en general un grupo hidrocarbonado de tipo alquil o alquil benceno, y que puede
contener eventualmente átomos de halógeno u oxígeno.
Agregados anfifílicos
2.- Sustancias tensoactivas. Clasificación.
Orientación de las moléculas de un tensoactivo en una interfase aire (o aceite)-agua
aire o aceite
micela
agua
Clasificación de las moléculas tensoactivas según la naturaleza polar del extremo hidrófilo
SO3
Na
Aniónicos
COO
Me
N
O
Na
Br
Catiónicos
Me
OH
No iónico
COO
Anfótero
n
NH3
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Poder espumógeno:
3.- Proceso de detergencia.
Efecto “solubilizador” de los agentes tensoactivos: a) La mugre grasienta entra en contacto con la solución de tensoactivo; b) Los
extremos hidrofóbicos de las moléculas de tensoactivo se disuelven en la grasa; c)El tensoactivo modifica en ángulo de contacto θ
entre la suciedad y el sustrato. Si θ < 90º es imposible que haya una eliminación total de la grasa; d) Más agitación desplaza la
suciedad en forma de partículas macroscópicas. Estas forman una emulsión cuando hay agitación suficiente.
4.- Tensoactivos aniónicos.
4.1.- Detergentes sulfonados y sulfúricos.
En cuanto a los derivado sulfonados actualmente se fabrican cinco tipos de detergentes sulfonados y
sulfúricos:
• Alquilsulfonatos (SAS): R-(CH2)n-SO3- Na+
• Alquilbencenosulfonatos (LAS): R-(CH2)n-C6H4-SO3- Na+
• Alquensulfonatos (AOS): R-(CH2)n-CH2-CH=CH-SO3- Na+
• Alquilsulfatos (AS): R-(CH2)n-OSO3- Na+
• Alquilpolioxietilensulfatos (AES): C14H29-(O-CH2-CH2)n-OSO3- Na+
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4.2. Obtención de la cadena y sulfonación
♣ SAS
SO3H
1. UV
+ SO2 + O2
2. H2O
♣ LAS
Cl
UV
+
Cl2
H
H2
AlCl3
HCl
SO3/aire
SO3H
NaOH/agua
SO3
Na
♣ AOS
Et
Et
Et
Et
CH2=CH2
Al
100 C
Al
100 atm
Et
300 C
Al
CH2-CH2-(CH2-CH2)n-C2H5
CH2-CH2-C2H5
CH2=CH-(CH2-CH2)n-CH2CH3 +
40 atm
Et
Et
n CH2=CH2
4% C4
48% C5-C10
20% C12-C14
13% C16-C18
14% > C20
Al(Et)3
muy puras
La sulfonacion se realiza con SO3 gaseoso.
R-CH2-CH
CH2
+ SO3
RCH2-CH
+
CH-SO3H
R
O S O
O
sultama
H2O
R-CH CH2-CH2-SO3H
OH
RCH2-CH
RCH2-CH
CH-SO3H
CH-SO3
R-CH=CH-CH2-SO3H
calor
Na
♣ AS
Et
Et
Al
CH2=CH2
Et
100 C
100 atm
Et
Et
Al
n CH2=CH2
Et
Et
Al
CH2-CH2-(CH2-CH2)n-C2H5
CH2-CH2-C2H5
1. oxidación
2. H2O/H+
CH3CH2-(CH2-CH2)n-CH2CH3
OH
+
Al(Et)3
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♣ AES
O
R-CH2OH +
3
R-CH2-O-(CH2-CH2-O)2-CH2-CH2OH
R-CH2-O-(CH2-CH2-O)2-CH2-CH2OSO3
Na
4.3.- Detergentes domésticos.
Los productos detergentes domésticos sólo contienen de un 15 a un 20% de sulfonatos; el resto son
sustancias auxiliares y de relleno. Los compuestos auxiliares añadidos son (Tabla 10.1):
♥ Secuestradores de los iones Ca y Mg de las aguas duras
♥ Estabilizadores de la espuma.
♥ Blanqueantes químicos.
♥ Blanqueantes ópticos.
♥ Estabilizadores de la suspensión de la suciedad
♥ Enzimas proteolíticas.
♥ Rellenos.
Tabla 10.1.- Formulación de un detergente doméstico
Tensoactivo aniónico
Secuestrador
Estabilizador de espuma
Perborato de sodio
Blanqueante óptico
Carboximetilcelulosa
Silicato de sodio
Sulfato de sodio
15-20 %
30-40 %
2%
12-20 %
0,1 %
1%
6-8 %
Hasta 100 %
5.- Tensoactivos no iónicos.
Los compuestos de polioxietileno son los más utilizados como tensoactivos no iónicos (representan un 80 % del
total de no iónicos). Estos se obtienen, fundamentalmente por reacción de óxido de etileno con:
alcoholes de cadena larga sintetizados por el proceso Alfol desde etileno o por reducción de ácidos
grasos (40%),
alquilfenoles (20%),
ácidos grasos (20%),
azucares naturales como el sorbitol o el glicerol (10%) y
derivados de aminas y amidas (10%).
CH3-(CH2)10-CH2OH + (n+2) OE
H3C(CH2)10-CH2-O-CH2CH2-O-(CH2CH2-O)n-CH2CH2-OH
Parte lipófila
H3C(CH2)8-Ph-O-(CH2CH2-O)n-CH2CH2-OH
Parte hidrófila
CH2-O-(CH2-CH2-O)9-CH2-OH
CH-O-(CH2-CH2-O)9-CH2-OH
Parte lipófila
Parte hidrófila
H3C(CH2)14-COO-(CH2CH2-O)nCH2CH2-OH
Parte lipófila
Parte hidrófila
CHOH
CHOH
CHOH
CH2OH
Aminas etoxiladas:
H3C-(CH2)n-CH2-NH2 + 2 O.E.
H3C-(CH2)n-CH2-N(CH2CH2OH)2
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6.- Tensoactivos catiónicos.
Cloruro de benzalconio (desinfectante):
CH3
N CH2
Cl
CH3
Sal de amina grasa:
NH3
Tensoactivo para suavizante:
H3C-(CH2)n-CH2-NH2 + 2 O.E.
OCOCH 3
H3C-(CH2)n-CH2-N(CH2CH2OH)2
Obtención de la cadena
La cadena hidrocarbonada de los tensoactivos catiónicos se obtiene a partir de los ácidos grasos. Estos se
transforman en nitrilos por tratamiento con amoniaco a 200-300 °, y posteriormente se hidrogenan a las aminas
primarias correspondientes. Estas se someten a metilación con cloruro de metilo en exceso.
CH3-(CH2)n-COOH + NH3
CH3-(CH2)n-CN
CH3-(CH2)n-CN
CH3-(CH2)n-CH2-NH2
+
H2
CH3-(CH2)n-CH2-N(CH3)⊕ Cl-
CH3-(CH2)n-NH2 + 3 CH3Cl
Otro proceso parte de alquenos terminales que se tratan con HBr en un proceso radicalario y, posterior
tratamiento con trimetilamina.
CH3-(CH2)n-CH=CH2 + HBr
peróxidos
CH3-(CH2)n-CH2-CH2Br
[CH3-(CH2)n-CH2-CH2-N(CH3)3]⊕ Br−
CH3-(CH2)n-CH2-CH2Br + N(CH3)3
7.- Tensoactivos anfóteros.
Derivados de aminoácidos:
R-CH-COO
N(Me)3
OH
R-CH-COO
N(Me)3
H3O
R-CH-COOH
N(Me)3
Cl
OH
Derivados del ácido 3-aminopropiónico:
Na
CH3-(CH2)11-NH-CH2-CH2-COOH2C
N CH2-COO
CH3
8.- Otros tensoactivos
8.1.- Tensoactivos siliconados.
CH3
Me3Si
O Si
O SiMe3
CH3
n
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6
8.2.- Tensoactivos fluorados.
F F
F F
F F
OH
O
F
FF
FF
F F
n
n'
8.3.- Tensoactivos poliméricos.
Copolímeros OP-OE
O
CH CH2
CH3-CH-CH2OH
OH
O
CH2 CH2
+
H
OH
CH3
CH3-CH-CH2-O-CH-CH2-O-CH2-CH2OH
CH3-CH-CH2-O-CH-CH2OH
OH
CH3
CH3-CH-CH2-O-CH-CH2-O-CH2-CH2O CH-CH2-O-CH2-CH2OH
OH
CH3
CH3
n
Carboximetilcelulosa
O
HO
CH2OH
O
O
O
CH2
COO
8.4.- Tensoactivos acetilénicos
CH3
CH3
H3C H2C C C C C CH2-CH3
OH
OH
CH3