biblioteca miscelánea Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. Índice 1) Tipos de sustancias anfífilas. 1.1) Hidrotropos. 1.2) Aceites polares. 1.3) Surfactantes o tensioactivos. 1.3.1) Definición de tensioactivo. 1.3.2) Constitución química. 1.3.2.1) Grupos lipofílicos. 1.3.2.2) Grupos hidrofílicos. 2) Tipos de tensioactivos. 2.1) Aniónicos. 2.2) Catiónicos. 2.3) No iónicos. 2.4) Anfóteros. 3) Efectos producidos por los tensioactivos. 3.1) Tensión superficial, tensión interfacial. Conceptos y definiciones. 3.2) Adsorción. 3.3) Asociación. 3.4) Detergencia. 3.4.1) Definición. 3.4.2) Mecanismo. 3.4.3) Determinación del poder detergente. 3.5) Desengrase. 3.6) Emulsiones. 3.7) Humectabilidad. 4) Misión de los tensioactivos en el proceso de ribera. 4.1) Factores que influyen en la interacción entre los tensioactivos y la piel o cuero. 4.2) Influencia de la carga sobre la combinación de tensioactivos en la piel y el cuero. 4.3) Uso de los tensioactivos según la parte del proceso de ribera. 4.3.1) Remojo. 4.3.1.1) Fundamentos del remojo. 4.3.1.2) Uso de tensioactivos en el remojo. 4.3.1.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos. 4.3.1.3) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados. 4.3.2) Pelambre-calero. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 01 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. 4.3.2.1) Fundamentos del pelambre-calero. 4.3.2.2) Uso de tensioactivos en el pelambre-calero. 4.3.2.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos. 4.3.2.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados. 4.3.3) Desencalado. 4.3.3.1) Fundamentos del desencalado. 4.3.3.2) Uso de tensioactivos en el desencalado. 4.3.3.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos. 4.3.3.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados. 4.3.4) Rendido. 4.3.4.1) Fundamentos del rendido. 4.3.4.2) Uso de tensioactivos en el rendido. 4.3.4.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos 4.3.4.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados. 4.3.5) Píquel. 4.3.5.1) Fundamentos del píquel. 4.3.5.2) Uso de tensioactivos en el píquel. 4.3.5.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos 4.3.5.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados. 4.3.6) Desengrase. 4.3.6.1) Necesidad del desengrase. 4.3.6.2) Productos empleados en el desengrase. 4.3.6.3) Uso de los tensioactivos en el desengrase del cuero. 4.3.6.4) Desengrase con tensioactivos. 4.3.6.5) Desengrase con disolventes y tensioactivos. Medio acuoso. 4.3.7) Curtición. 4.3.7.1) Fundamentos de la curtición mineral. 4.3.7.2) Uso de tensioactivos en la curtición mineral. 4.3.7.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos. 4.3.7.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados. 4.3.8) Trabajos sobre cueros wet blue. 4.3.9) Neutralizado. 4.3.10) Recurtición. 4.3.11) Tintura. 4.3.12) Engrase. 4.3.12.1) Fundamentos del engrase. 4.3.12.2) Uso de tensioactivos en el engrase. 4.3.12.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos. 4.3.12.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 02 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. 5) Fundamentos de hidrofugación. 5.1) Hidrofugación y tensioactivos. ¿Una contradicción? 5.1.1) Como compatibilizarlos. 6) Glosario. 7) Bibliografía. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 03 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. 1) Tipos de sustancias anfífilas ANFÍFILO podría ser: Antes de interiorizar en el tema que tratamos, conviene tener claros varios conceptos inherentes al mismo. Primeramente debemos conocer el término “ANFÍFILO”. Este término está compuesto, por una parte, por el prefijo griego “ANPHI”, que significa, “ambos lados”, “doblemente”, “alrededor” (p. Ej., anfiteatro, anfibio) y por la otra parte, el sufijo “PHILOS” que significa “amigo de” (filántropo, filósofo, hidrófilo, …). Debido a su doble afinidad, una molécula ANFÍFILA no se encuentra “cómoda” ni en solvente polar ni en solvente orgánico. Para satisfacer ambos tipos de afinidades, el grupo polar debe estar solvatado por un solvente polar, mientras que el grupo apolar debe encontrarse en un solvente orgánico o, por lo menos, fuera del solvente polar. Tales condiciones ocurren solamente en la frontera de dos fases. Deducimos pues que una sustancia ANFÍFILA tiene una doble afinidad que se define en términos físico-químicos como una doble característica a la vez polar y apolar. La parte POLAR contiene heteroátomos como O, P, S ,N que aparecen en grupos funcionales como alcohol, tiol, éter, éster, ácido, sulfato, sulfonato, fosfato, amina, amida, etc. La parte APOLAR está compuesta generalmente por un hidrocarburo parafínico, cicloparafínico o aromático, el cual puede, eventualmente, contener halógenos. En ciertos casos particulares, la parte apolar, puede ser una cadena de silicona o de polióxido de propileno. La parte POLAR tiene afinidad por los solventes polares, particularmente el agua, mientras que la parte APOLAR tiene afinidad por los solventes orgánicos, en particular, los hidrocarburos, aceites o grasas, o, simplemente, está repelida por el agua. Por esta razón, la parte polar se denomina también HIDROFÍLICA, mientras que la parte apolar le corresponde el calificativo de LIPOFÍLICA o HIDRÓFOBA. Un ejemplo de Más información/More info/Plus d'informations [email protected] Ya que las sustancias ANFÍFILAS tienen una fuerte tendencia en migrar hacia una superficie o una interfase (esto se llama ADSORCIÓN), se han denominado también SURFACTANTES como contracción de las palabras inglesas “SURFACE ACTIVE SUBSTANCES”. De esta fuerte afinidad para las superficies o interfases dependen muchas propiedades de los surfactantes. Otra propiedad importante desde el punto de vista de las aplicaciones es la MOJABILIDAD de un sólido por un líquido lo cual se define mediante el ÁNGULO DE CONTACTO. Los anfífilos que favorecen la mojabilidad de un 04 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. sólido al agua se llaman HUMECTANTES. Al contrario, aquellos que desfavorecen la mojabilidad al agua se denominan HIDROFOBANTES. Los surfactantes son susceptibles de compatibilizar el agua con los aceites permitiendo la formación de estructuras que asocian agua y aceites en una sola fase llamada SOLUCIÓN MICELAR. Esta acción compatibilizadora se denomina SOLUBILIZACIÓN o COSOLUBILIZACIÓN. La acción humectante y el poder solubilizante están combinados en la acción limpiadora de ciertos tipos de anfífilos llamados DETERGENTES o limpiadores en general. Según su acción o aplicación, los anfífilos pueden llamarse también jabones, emulsionantes, desemulsionantes, espumantes, dispersantes, detergentes, bactericidas,… hidrófobo notable, pero su grupo hidrófilo (OH) no está ionizado y, por tanto, no presenta una afinidad para el agua que sea comparable a la de un grupo carboxilato o sulfonato. En realidad, hacen alta varios grupos –OH para permitir a solubilidad en el agua (ver, por ejemplo, los azúcares). El dodecanol tampoco va a adsorberse significativamente en la interfase sino que queda en la fase de aceite por lo que no es un surfactante sino un ACEITE POLAR. En la práctica, casi todos los anfífilos de interés, son surfactantes, es decir, que presentan un grupo polar y un grupo apolar que garantizan una fuerte dualidad de interacción que puede satisfacerse solo cuando la molécula migra a la interfase. 1.1) Hidrotropos Los hidrotropos (del griego “tropos”: volver) llamados también AGENTES DE ACOPLAMIENTO, son sustancias muy hidrosolubles capaces de cosolubilizar surfactantes de alto peso molecular y de poca solubilidad. Como su nombre indica, “vuelven” hidrofílicas a las demás sustancias. Compuestos como alcoholes (etanol, isopropanol) o la urea permiten cosolubilizar sustancias orgánicas. Sin embargo, o bien son volátiles (etanol) o bien son susceptibles de hidrolizarse (urea a pH alcalino). Prácticamente, todas las aplicaciones provienen de las propiedades de los anfífilos en solución y de su capacidad de adsorberse en una superficie o interfase. Esto ocurre si ambas partes de la molécula del anfífilo tienen una fuerza de caracterización polar o apolar. Por ejemplo, el Dodecil benceno sulfonato de sodio es un anfífilo porque tiene un grupo polar y otro apolar; pero posee una parte apolar (dodecil benceno) netamente incompatible con el agua y un grupo polar (sulfonato) muy ionizado y, por tanto, muy afín al agua. En consecuencia, se ubica en la interfase para que su grupo polar esté en el agua y su grupo apolar, fuera de ella, o sea, es un surfactante. No es el caso el tolueno sulfonato de sodio que tiene un grupo apolar con una “cola” muy corta, por lo que no es muy hidrófoba. En consecuencia, el efecto hidrófobo que empuje al grupo apolar fuera del agua no es suficiente y, por tanto, esta sustancia, aunque anfífila, no se adsorbe en la interfase y no es un surfactante sino que queda soluble en el agua para satisfacer la fuerte afinidad del grupo sulfonato por el agua. Se les ha dado a estas sustancias el nombre de HIDROTROPO (de ”tropos”=tornar) ya que se usa para facilitar la solubilidad en agua de otras sustancias. Por eso es, en general, más simple y menos costoso usar un alquil- aril sulfonato de cadena muy corta tales como tolueno, xileno, etilbenceno o cumeno sulfonatos, los cuales son los principales hidrotropos. En vista de la alta hidrofilicidad del grupo sulfonato, estas sustancias no están balanceadas en cuanto a sus afinidades hidrofílica – lipofílica. Son demasiado hidrofílicas para ser surfactantes en un mecanismos de cosolubilización semejante al que se observa con los alcoholes. Sin embargo, son, en general, más adecuados que los alcoholes porque tienen mejores interacciones a la vez con el agua y con la parte lipofílica de los surfactantes. Tampoco es el caso del Dodecanol. Este alcohol de cadena larga tiene un grupo Los hidrotropos principales son los xileno y etilbencenosulfonatos, especialmente el que Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 05 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. proviene del metaxileno que tiene poco uso comercial. La sulfonación debe realizarse a baja concentración de agente sulfonante para evitar la disulfonación. Se extrae el agua formada por DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA para desplazar el equilibrio. Los hidrotropos se usan en formulaciones detergentes como cosolubilizantes pero también para reducir el carácter higroscópico de los polvos y disminuir la viscosidad de las pastas o soluciones concentradas. En tal sentido, mejoran las operaciones de neutralización de ácidos sulfónicos o ácidos alquilsulfónicos permitiendo una mejor agitación, la cual es imprescindible para extraer el calor de reacción y enviar la hidrólisis. Los hidrotropos se usan también en formulaciones que contienen sustancias poco hidrosolubles, colorantes, etc. tensioactivos contienen en su molécula uno o varios grupos HIDROFÍLICOS de tipo iónico y no iónico y, generalmente, una estructura hidrocarbonada lipofílicA NO POLAR. Es importante destacar algunos de los tipos más usuales de grupos lipofílicos e hidrofílicos que intervienen en la mayoría de los agentes tensioactivos comerciales. 1.3.2.1) Grupos lipofílicos La parte lipofílica de la molécula puede estar constituida por una variedad de estructuras alifáticas o alifático-aromáticas puesto que las materias primas utilizadas en su preparación son hidrocarburos alifáticos saturados o insaturados ramificados o lineales e hidrocarburos aromáticos formados por anillos simples o condensados. Dentro de estos grupos alquílicos, los de mayor uso en la industria de productos de superficie antigua son los de cadena ramificada ya que tienen la ventaja de ser biodegradables cosa que no ocurre con los lineales. 1.2) Aceites polares 1.3) Tensioactivos o surfactantes 1.3.1 Definición de tensioactivo Son moléculas que presentan una estructura polar/no polar (anfifílica), con tendencia a localizarse en la interfase formando una capa monomolecular adsorbida en dicha interfase. Las soluciones de tensioactivos resultan ser activas al colocarse en forma de capa monomolecular adsorbida en la superficie entre las fases hidrofílicas e hidrofóbicas. Esta ubicación impide el tráfico de moléculas que van de la superficie al interior del líquido en busca de un estado de menor energía, disminuyendo así el fenómeno de tensión superficial. Para considerar a una sustancia como tensioactivo se requiere que contenga dos grupos: uno polar o hidrófilo (amigo del agua) y otro no polar, hidrófobo o lipofílico (amigo de la grasa) y que ambas posean la suficiente fuerza para colocare en la interfase. GRUPOS LIPOFÍLICOS CADENAS ALQUÍLICAS LINEALES DE C8 A C18 Derivados de ácidos grasos naturales. Éstos se pueden usar como tal o como intermediarios de síntesis de agentes tensioactivos. CADENAS ALQUÍLICAS DE C3 A C18 Frecuentemente unidos a grupos aromáticos como benceno o naftaleno. CADENAS ALQUÍLICAS OLEFÍNICAS DE C8 A C18 O MÁS Obtenidos por la polimerización de propeno, isobuteno e isómeros de penteno y hexeno. Estas olefinas se utilizan ampliamente en la alquilación de fenol y benceno. HIDROCARBUROS LIPOFÍLICOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO En el rango de C8 a C20 o más, a partir de fracciones de querosina, aceites ligeros y ceras de parafina. ALCOHOLES DE ALTO PESO MOLECULAR Obtención de los mismos mediante el proceso “oxo”. 1.3.2) Constitución química Todos los agentes de superficie activa o Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 06 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. 1.3.2.2) Grupos hidrofílicos Pueden esta cargados eléctricamente debido a la presencia de un par de iones de carga opuesta o presentar cargas residuales, positivas o negativas, que, ponen de manifiesto la presencia de un dipolar. Es importante tomar en consideración los grupos hidrofílicos no-iónicos que contengan uniones etéreas, hidroxilos, etc. encontrándose en el extremo polar de la molécula un anión Ejemplos de esta familia de tensioactivos son los derivados del ión sulfato o de sulfonatos como el dodecil sulfato de sodio o el dodecilbencenosulfonato de sodio. GRUPOS HIDRÓFILOS GRUPOS ÁCIDOS Como carboxilos, monoéster sulfúrico, sulfónicos, fosfatos. GRUPOS BÁSICOS Como aminas primarias, aminas secundarias, aminas terciarias, derivados de amonio GRUPOS NO ÓNICOS –COO-, -CONH-, -NH-, -O-, -CH(OH)-. Los agentes tensioactivos aniónicos están caracterizados por la existencia en su molécula de cationes orgánicos e inorgánicos (Na+, K+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, NH4+) y una parte hidrofílica que contiene los grupos aniónicos (COO-, -SO3-, -O-, PO32-, …) unidos a la fracción orgánica. Dentro de esta clasificación, exceptuando los jabones, los alquilarilsulfatos y alcoholes sufatados son de la mayor importancia por su empleo en la formulación de detergentes de uso doméstico e industrial. Son de importancia en la formulación de detergentes de uso doméstico e industrial. Son del tipo sulfonato, sulfato, fosfato, sulfosuccinato, sulfoacetato, derivados de aminoácidos. La producción de este tipo de surfactantes representa alrededor del 55% de la producción mundial de tensioactivos. Según su función, el origen suele ser el siguiente: Detergentes sintéticos Jabones Espumantes Humectantes Dispersantes Alquilbencenosulfonatos Sales de sodio de ácidos grasos Laurilsulfatos Sulfosuccinatos Lignosulfonatos Además de los productos anteriores, podemos citar otros agentes de superficie activa aniónica como son: 2) Tipos de tensioactivos De acuerdo con sus propiedades físicoquímicas se clasifican en: 2.1) Aniónicos Son aquellos que, en solución, se ionizan, el grupo hidrófobo queda cargado negativamente. Se caracterizan por la existencia en su molécula de cationes orgánicos, generalmente un amonio cuaternario (Nh4+), e inorgánicos (Na+, K+, Ca++, Ba++, Mg++, etc.) y una parte hidrofílica que contiene grupos aniónicos (-COO-, -SO3-, -O-PO32-, etc.) unido a la fracción orgánica. Están constituidos por una cadena alquílica lineal o ramificada de 10 a 14 carbonos Más información/More info/Plus d'informations [email protected] Compuestos de, por lo menos, una cadena de 8 a 25 átomos de carbono, derivada de ácidos grasos o de un derivado petroquímico y un nitrógeno cargado positivamente, el anión suele ser un Cl-, Br-, OH-, -SO42-, etc. La mayoría están constituidos por una cadena larga de 07 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. sales de amonio cuaternarias o sales de alquilaminas. La cadena larga es el grupo hidrofóbico y el grupo hidrófilo, pequeño y altamente ionizado, lo constituye el nitrógeno tetravalente en forma de sales de amonio cuaternario. una o varias moléculas de óxido de etileno; por ejemplo, nonilfenol etoxilado o el nonanol etoxilado. Otro ejemplo puede ser el laurato de sorbitán (ver estructura): Son derivados polioxietilenados y polioxipropilenados, derivados de sorbitán y alcanolamidas grasas, etc. Tienen la ventaja de que son estables frente ala mayoría de productos químicos en las concentraciones usuales de empleo, al no ionizarse en agua, no forman sales con los iones metálicos y son igualmente efectivos en agua blanda o dura. Su naturaleza química los hace compatibles con otros ATA catiónicos, aniónicos y coloides cargados positiva o negativamente. Aunque de menos interés que los agentes aniónicos y no-iónicos, su importancia reside en su eficiencia bactericida, germicida, algicida, etc. En el catión, el radical R1, representa una cadena larga de grupos alquílicos o arílicos y los otros radicales (R2, R3 y R4) pueden ser átomos de hidrógeno u otros radicales alquílicos. Como ejemplos se pueden citar el cloruro de alquildimetilbencilamonio o el cloruro de cetil trietil amonio, también, el metasulfato, derivados de imidazolina, óxidos de amina y sales de aminas. En los agentes no iónicos, el grupo hidrofóbico está formado por una cadena larga que contiene una serie de grupos débilmente solubilizantes (hidrofílicos) tales como enlaces etéreos o grupos hidroxilos en sus moléculas. La repetición de estas unidades débiles tiene el mismo efecto que un hidrófilo fuerte, pero no hay ninguna ionización. La longitud de la cadena se puede variar controlando la reacción de óxido de etileno a alquilfenol sustituido como vemos en la siguiente reacción: 2.3) No iónicos Los primeros tensioactivos no iónicos se obtuvieron en Alemania en 1930 por reacción de alcoholes grasos o alquilfenoles sustituidos con oxido de etileno en presencia de catalizadores básicos. Sin ionizarse, se solubilizan mediante un efecto combinado de un cierto número de grupos solubilizantes débiles (hidrófilos) como éter, y grupos hidroxilos (-OH-) en su molécula. Como representantes de este grupo están los alcoholes grasos fenoles a los que se agregan Más información/More info/Plus d'informations [email protected] “n” puede ser desde 1,5 a 30 ó más. Esto hace posible una variedad de productos de propiedades u aplicaciones diversas como humectantes, detergentes, emulsionantes, dispersantes, etc. Prácticamente, cualquier compuesto hidrofóbico que contenga en su estructura grupos hidrofílicos, hidroxilos, aminas o grupos amino con un hidrógeno lábil, puede reaccionar con óxido de etileno para formar tensioactivos no iónicos. 08 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. Las propiedades generales y comportamiento de estos agentes tensioactivos se deben al carácter dual de sus moléculas (grupos hidrófilo y lipófilo); es así como el antagonismo entre estas dos secciones de su molécula y el equilibrio entre ellas da al compuesto sus propiedades activas en superficie. El grupo hidrófilo ejerce un efecto solubilizante y tiende a llevar a la molécula a la disolución completa. El grupo hidrófobo, en cambio, debido a su insolubilidad, tiende a contrarrestar la tendencia del otro. Si se logra el equilibrio adecuado entre los dos grupos, se ve que la sustancia no se disuelve por completo, ni queda sin disolver del todo, concentrándose el agente en la interfase con sus moléculas orientadas de tal forma que los grupos hidrófilos se orientes hacia la fase acuosa mientras que los grupos hidrófobos lo hacen hacia la no acuosa o a la fase vapor. El término “surfactante no iónico” se refiere principalmente a los derivados polioxietilenados y polioxipropilenados, también se incluyen en esta categoría los derivados de anhídridos del sorbitán, alcanolamidas grasas, etc. Por otra parte, sus características los hacen altamente valiosos como materias primas, base para formulación de diversos productos para la industria de la agricultura, curtido, látex, textiles, procesos de metales, pinturas en emulsión, petróleo, pulpa y papel, limpiadores, … El grupo hidrofóbico está formado por una cadena larga que tiene grupos débilmente solubilizantes, por ejemplo, enlaces etéreos y grupos OH. La repetición de estas unidades tiene el mismo efecto que un hidrófilo fuerte salvo que no hay ionización. Tipos: Alcoholes grasos polioxietilenados (alcohol laurico etoxilado) , alquilfenol polioxetilenados (ácido oleico etoxilado), ácidos grasos polioxietilenados, derivados de óxidos de etileno y propileno (alcohol graso etoxilado o propoxilado), amidas de ácidos grasos polioxietilenados (lauril dietanol amida polioxietilenada), aminas grasas polioxietilenadas (lauril amina polioxietilenada), ésteres de ácidos grasos (mono estearato de etilenglicol), alcanolamidas (lauril mono etanol amida), derivados de azúcar (mono laurato de sacarosa), ésteres de ácidos grasos derivados del sorbitol (laureato de sorbitán), etc. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 2.4) Anfóteros Presentan en su molécula grupos aniónicos y catiónicos, formados por una cadena grasa y un nitrógeno cuaternario, conteniendo un radical aniónico, son productos estables en sistemas ácidos y alcalinos. Bajo pH se comportan como catiónicos, a alto pH como aniónicos y a pH neutro exhiben ambas propiedades. Como ejemplos de este tipo de tensioactivos tenemos a las betaínas (alquildimetil betaína) y derivados de imidazolinas. Básicos en el área de la cosmética por su buena tolerancia cutánea y en la formulación de limpiadores alcalinos e inhibidores de corrosión. Tipos: Las betaínas. Presentan el problema del precio igual que los catiónicos por lo que sólo se usan en aplicaciones particulares. 3) Efectos producidos por los tensioactivos 3.1) Tensión superficial, tensión interfacial. Conceptos y definiciones Antes de entrar en el tema de las tensiones debemos de saber que podemos definir SUPERFICIE como la zona de contacto entre un gas y una fase condensada (Líquido o sólido). Y podemos definir INTERFASE como la superficie de contacto entre dos fases condensadas (dos líquidos o un líquido y un sólido). 09 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. Cada molécula, en un fluido, interacciona con el resto de moléculas que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, abarca a las moléculas vecinas más cercanas. Consideremos la resultante de las fuerzas de interacción sobre una molécula que se encuentra en: a) El interior del líquido. b) Las proximidades de la superficie. c) La superficie. Molécula A: Está lejos de la superficie. Por simetría, será nula la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las moléculas (en color azul) que la rodean. Molécula B: Por existir, en valor medio, menos moléculas arriba que abajo, la molécula en cuestión estará sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del líquido de la superficie libre de u fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del líquido. Como todo sistema mecánico, tiende a adoptar espontáneamente el estado de más baja energía potencia, se comprende que los líquidos tengan tendencia a presentar al exterior la superficie más pequeña posible. El efecto de las fuerzas intermoleculares es de tirar de las moléculas hacia el interior de la superficie de un líquido, manteniéndolas unidas y formando una superficie lisa. La tensión superficial mide las fuerzas internas que hay que vencer para poder expandir el área superficial de un líquido. La energía necesaria para crear una nueva área superficial, trasladando las moléculas de la masa líquida a la superficie de la misma, es lo que se llama TENSIÓN SUPERFICIAL. A mayor tensión superficial, mayor es la energía necesaria para transformar las moléculas interiores del líquido a moléculas superficiales. Así, por ejemplo, el agua tiene una alta tensión superficial, por los puentes de hidrógeno. Y, a su vez, podemos definir TENSIÓN SUPERFICIAL como la fuerza de atracción hacia adentro ejercida sobre las moléculas de la superficie de un líquido. Esta tensión tiene como consecuencia la contracción de la superficie. . Molécula C: La resultante de las fuerzas de interacciones mayor que en el caso B. Las fuerzas de interacción (cohesivas), hacen que las moléculas situadas en las proximidades Más información/More info/Plus d'informations [email protected] Cuando se ponen en contacto dos líquidos inmiscibles el sistema considerado estará formado por dos fases líquidas y la interfase de contacto entre ellas. La moléculas de la interfase entre dos líquidos estarán sometidas a 10 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. fuerzas de magnitudes diferentes a las que están sometidas las moléculas del seno de cada uno de los líquido (Ver figura). Además, se tendrán también interacciones de tipo Van der Waals con las moléculas del otro líquido en la interfase, lo que conducirá a que la tensión de la interfase (TENSIÓN INTERFACIAL) tenga un valor intermedio entre las tensiones superficiales de los dos líquidos condensados. superficial, mayor energía libre será necesaria. Entendemos por ADSORCIÓN el fenómeno en el cual las moléculas dispersadas en un líquido son principalmente distribuidas en la superficie. A menos energía libre necesaria, menos tensión superficial habrá. 3.2) Adsorción Podemos citar 6 tipos de interfases: 1) Gas – Gas 2) Gas – líquido 3) Gas – sólido 4) Líquido – líquido 5) Líquido – sólido Con excepción del efecto bactericida de ciertos surfactantes, se puede decir que todas las propiedades y usos de los surfactantes provienen de dos propiedades fundamentales de estas sustancias: la capacidad de adsorberse a las interfases y de otra parte, su tendencia a asociarse para formar estructuras organizadas. 6) Sólido - sólido Como ya hemos comentado, todos los surfactantes poseen una molécula que presenta a la vez un grupo polar hidrofílico y un grupo apolar, hidrófobo o lipofílico. En vista de su dualidad polar-apolar, una molécula de surfactante no puede satisfacer su doble afinidad ni en un solvente polar ni en uno orgánico. Cuando una molécula de surfactante se coloca en una interfase aguaaire ó agua-aceite, ella puede orientarse de manera que el grupo polar esté en el agua, mientras que el grupo apolar se ubica “fuera” del agua, en el aire o en el aceite. Supongamos dos líquidos inmiscibles puestos en contacto. En la interfase hay un conjunto de fuerzas intermoleculares no balanceadas que da como resultante una fuerza dirigida al interior de su respectiva fase líquida. Se produce una turbulencia en la superficie del líquido a escala molecular que tiene como resultado un tráfico de doble vía entre el interior del líquido o “fase de bulto” y la superficie y entre la superficie y la fase vapor (tiempo de vida promedio de una molécula en la superficie de un líquido aprox. 10-6 seg.) Denominamos ENERGÍA LIBRE DE SUPERFICIE al trabajo que debe de ser realizado para aumentar la superficie por unidad de área. Las moléculas deben llevarse del seno de la disolución a la superficie, a mayor tensión Más información/More info/Plus d'informations [email protected] Desde un punto de vista energético, se pude decir que la energía libre de una molécula de surfactante a la interfase es inferior a la de una molécula solubilizada en el seno de una fase acuosa. La transferencia desde el seno de una fase acuosa a la interfase, por tanto, espontánea. Podemos decir que se llama adsorción a la transferencia de una molécula desde el seno de una fase acuosa a la interfase. La adsorción de un surfactante en una superficie gas-líquido o en una interfase líquido-líquido, produce, en general, una reducción de la tensión superficial o interfacial; de ahí el nombre de tensioactivo. La tensión es responsable de la curvatura de las interfases, de la formación de gotas, de un gran número de inestabilidades capilares y de numerosos fenómenos de estabilización de interfases. Esta 11 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. adsorción no se limita a las interfases fluidofluido sino también a las fluido-sólido y, eventualmente, gas-sólido. El descenso de la tensión favorece la deformación y la ruptura de una interfase y la formación de sistemas dispersos como emulsiones y espumas. En cualquier caso, siempre es la presencia de una capa (en general, monocapa) de surfactante la causante de un cierto número de fenómenos utilizados en determinadas aplicaciones. La adsorción de surfactantes permite producir un efecto antiestático. Si el balance de cargas adsorbidas no alcanza la neutralidad, las superficies tienden a repelerse, lo que constituye un mecanismo de estabilización de sistemas dispersos. El impedimento estérico5 producido por moléculas de surfactante adsorbidas puede ser también responsable de la estabilización de muchos sistemas dispersos. La adsorción de surfactantes en las interfases Más información/More info/Plus d'informations [email protected] puede modificar los equilibrios trifásicos sólidofluido-fluido y conducir a la extensión en forma de una monocapa o al cambio de mojabilidad de una superficie, fenómenos que son ampliamente utilizados en procesos industriales tales como la hidrofilización y la hidrofobización, la flotación, el secado, la lubricación, la detergencia, etc. 3.3) Asociación Cuando a una solución (acuosa, por ejemplo) se le añade cada vez más surfactante, este comienza por adsorberse a las fases disponibles, luego su concentración en forma monomolecular aumenta hasta que se forman las primeras micelas. La micela es un polímero de asociación en el cual el surfactante alcanza una posición favorable. En solución acuosa, la fuerza motriz principal que favorece la formación de micelas es el efecto hidrófobo, es decir, la sustracción de la parte apolar del surfactante del contacto con las moléculas de agua y la formación de un contacto más favorable desde el punto de vista energético con las partes apolares de otras moléculas de surfactante. 12 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. iónicos. La presencia de un alcohol que se intercala entre las moléculas de surfactante en la interfase, o la adición de electrolitos que produce un efecto de pantalla que reduce el campo eléctrico intermolecular, reduce las fuerzas repulsivas y por este efecto favorece la micelización. La micelización es entonces un tipo de microprecipitación en el cual el surfactante se sustrae parcialmente de la fase acuosa. La analogía con un fenómeno de precipitación está reforzada por el hecho de que la micelización se produce a una concentración particular llamada “Concentración Micelar Crítica” o CMC. Sin embargo, es conveniente considerar una solución micelar como un coloide y no como una dispersión, ya que el tamaño de las micelas es del orden de 50 a 100 A. Las soluciones micelares presentan propiedades relativamente similares a las soluciones de polímeros, otros coloides lipofílicos. Los efectos que favorecen la micelización producen un descenso de la CMC y viceversa. Se ha hablado sólo de micelas en medio acuoso, pero se puede considerar que los mismo fenómenos se producen en medios apolares, aunque en forma diferente. Las micelas son responsables de una propiedad fundamental de las soluciones: su poder solubilizante. La figura 4 muestra la variación de la concentración de hidrocarburo solubilizado en una solución de surfactante en función de la concentración de este último. A partir de la CMC, la solubilización aumenta considerablemente, ya que el hidrocarburo penetra dentro del corazón de las micelas. La solubilización micelar puede producirse por diversos mecanismos. Ella permite “disolver” aceite en agua o viceversa, lo que es de gran interés para diversos tipos de aplicaciones como la detergencia, la separación y la extracción selectiva. El fenómeno de micelización se produce como un compromiso entre dos tipos de efectos: los que tienden a favorecer la formación de una micela, particularmente el efecto hidrófobo, que aumenta con el tamaño de la cadena hidrocarbonada del surfactante y los que tienden a oponerse a la formación de una micela, como la repulsión entre grupos hidrofílicos, particularmente importante en el caso de los surfactantes Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 13 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. La solubilización micelar puede producirse por diversos mecanismos. Ella permite “disolver” aceite en agua o viceversa, lo que es de gran interés para diversos tipos de aplicaciones como la detergencia, la separación y la extracción selectiva. Se puede definir la detergencia como el desplazamiento, con ayuda de una solución acuosa, de toda clase de contaminaciones grasosas situadas sobre superficies sólidas como textiles, metales, vidrio, piel, etc. 3.4.2) Mecanismo En ciertos casos, la solubilización puede ser considerable y se observan sistemas llamados “microemulsiones”. El término microemulsión se ha escogido mal ya que se puede pensar que se trata de una (macro) emulsión compuesta de (micro) gotas. Esto no es el caso general y es mejor considerar una microemulsión como una solución micelar en la cual las micelas están hinchadas y se tocan entre ellas. En realidad se encuentran micelas y micelas inversas en coexistencia, a menudo en una estructura bicontinua. A veces, el tipo de surfactante favorece la formación de una estructura estratificada plana llamada cristal líquido que posee propiedades birrefrigentes utilizadas en pantalla planas. Estas estructuras y otras menos organizada tienden a inmovilizar grandes cantidades de solvente para formar geles. 3.4) Detergencia 3.4.1) Definición. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] La mayoría de las operaciones de la vida cotidiana concernientes al lavado ponen en juego un antagonismo entre contaminantes (grasas hidrocarbonadas) y el agua. Para cumplir su papel, un tensioactivo con efecto detergente debe ser capaz de: 1) Que sus soluciones puedan mojar la superficie del sólido. 2) Desplazar al contaminante. 3) Permitir el desplazamiento del contaminante (suciedad) bajo la forma de suspensión sin redepositación sobre la superficie sólida, deberá ser estable en el medio ya sea ácido o básico, y no dejar productos insolubles en el agua. Las dos primeras condiciones son cubiertas por la sustancia al disminuir las tensiones interfaciales sólido-agua y líquido-agua como es el caso de los agentes humectantes y detergentes. El papel de estos tensioactivos es el mismo salvo que el agente detergente tiene un fuerte carácter lipófilo (su cadena hidrocarbonada es más larga). 14 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. La adhesión al sólido del detergente se hace por el desplazamiento del contaminante y su conversión bajo la fórmula de glóbulo, favorece la eliminación de la impureza. A partir de cierta concentración de tensioactivo, se obtiene una micela teniendo como núcleo el glóbulo grasoso y alrededor, las moléculas de tensioactivos, lo que facilita su suspensión en la solución. Como los detergentes son generalmente iónicos, las micelas están rodeadas de cargas eléctricas lo cual impide su coalescencia3, es decir, el agrupamiento micelar. acción humectante. 3.5 Desengrase Existen varias etapas para que el tensioactivo extraiga la grasa de la piel o de cualquier otra materia: 1) Penetración del tensioactivo. 2) Formación de la emulsión agua / aceite (w/o) “in situ”. 3) Desplazamiento de materias grasas emulsionadas hacia el baño. 4) Formación de la emulsión aceite / agua (o/w) en el baño. Los tipos de agentes desengrasantes son, en su mayoría sustancias etoxiladas: alcoholes grasos, oxoalcoholes o los alquilfenoles, más baratos y disponibles por doquier estos últimos. Se está intentando prescindir de ellos ya que no son muy ecológicos, son difícilmente eliminables biológicamente. 3.6) Emulsiones Se llama dispersión a un sistema polifásico en el cual una fase se encuentra en forma fragmentada (fase dispersada) dentro de otra (fase continua). Existen varios tipos de sistemas dispersados y cada uno tiene una denominación particular. 3.4.3) Determinación del poder detergente Esta determinación está basada en la capacidad que tiene un tensioactivo de eliminar impurezas, en un cierto tiempo y a una cierta concentración. Este tipo de análisis se hace sobre muestras textiles como telas de algodón manchadas a las que se le agrega una solución de diferentes detergentes cada una con diferente concentración. Se someten a las mismas condiciones de volumen de agua, temperatura, tipo y tiempo de agitación, etc.; comparando los resultados obtenidos mediante pruebas de reflectancia4. Se ha notado que la detergencia implica a menudo una acción humectante. Un gran número de productos ponen en juego la Más información/More info/Plus d'informations [email protected] Consideramos aquí las dispersiones cuya fase continua es un líquido. Una dispersión de gas en un líquido es una espuma, mientras que una dispersión de un líquido en otro inmiscible con él es una emulsión. Finalmente, una dispersión de un sólido en un líquido se llama suspensión. En forma general, se usará el término emulsión para referirse a una macroemulsión. Una emulsión es un sistema que contienen dos fases líquidas inmiscibles, una de las cuales está dispersada en la otra y cuya estructura es estabilizada por un agente surfactante llamado emulsionante. La noción de estabilidad de una emulsión es relativa y se 15 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. refiere a la casi ausencia de cambio durante un periodo de tiempo suficientemente largo para el propósito de la aplicación práctica, lo cual puede variar de algunos minutos a algunos años. En ausencia de emulsionante, una dispersión líquido-líquido coalesce3 rápidamente. En presencia del emulsionante, la emulsión puede presentar cierta segregación gravitacional pero la coalescencia de las gotas es notablemente retardada aún cuando se toquen. la gota dependerá de su naturaleza y de las fuerzas existentes entre las dos fases. Si hay repulsión, el líquido tendrá tendencia a formar un glóbulo, con un ángulo de contacto elevado entre su superficie y la tangente de su curvatura, lo que resulta que el sólido no se humecta; por el contrario, si la adhesión entre la gota de líquido y el sólido es favorable, el ángulo de contacto resultará pequeño, la gota se extiende, y se dice que el sólido es mojado por el líquido. Estas definiciones no pueden considerarse al pie de la letra ya que el ángulo de contacto no delimita perfectamente estos dos fenómenos diferentes. De hecho, lo que sí podemos decir es que el sólido es tanto más mojable cuanto más agudo sea el ángulo y viceversa. En el caso extremo de humectación perfecta En las aplicaciones prácticas, se encuentra un aplicación de emulsionante de entre 0,2% a 3,0%; más allá de algunos porcentajes (5,0% aprox.) no se gana nada aumentando la concentración del surfactante. Por razones de eficiencia y de costo se usa en general un emulsionante compuesto por una mezcla e varios surfactantes. 3.7) Humectabilidad o mojado total, el ángulo de contacto tendría un valor cero; por el contrario, la humectación nula implica un ángulo de 180º aunque estos valores prácticamente no se alcanzan. 4) Misión de los tensioactivos en el proceso de ribra 4.1) Factores que influyen en la interacción entre los tensioactivos y la piel o cuero. ¿De qué depende la interacción entre tensioactivos sintéticos y la piel o el cuero?: 1) Naturaleza del tensioactivo: a) Su carga. Cuando una pequeña cantidad de líquido se coloca sobre una superficie plana, la forma de Más información/More info/Plus d'informations [email protected] b) La relación entre las partes hidrófilas y oleófilas de la molécula. c) La naturaleza (tamaño y forma) de la 16 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. parte oleófila, por ejemplo, si se compone de una cadena alifática o se trata de un sistema aromático. d) Su concentración. 2) La naturaleza de las fibras de colágeno. a) Su procedencia (por ejemplo, colágeno de mamíferos, de peces, …) b) Su accesibilidad. c) Su estado de carga condicionado por el valor de pH medio. 3) La presencia de otras sustancias con carácter tensioactivo, por ejemplo: a) Proteínas. b) Materias grasas. c) Productos curtientes. d) Colorantes. e) Disolventes orgánicos, etc. 4) La presencia de otros electrolitos, por ejemplo: importante el grado de actividad en la carga. Los aductos(2) u oxietilenados sulfatados son más débilmente aniónicos que los alquilsulfatos o los alquilsulfonatos (Götte, Winkelmann). Mostrándose preferencia por los alquilfenolpoliglicoléter sulfatados para la práctica pues poseen un débil carácter aniónico; por lo que son combinados lentamente por la piel o por el cuero catiónico, penetrando más profundamente y no incrementando la absorción de agua en el cuero. Para la práctica debe tenerse en cuanta aún otra propiedad del cuero. El estado de carga nunca es totalmente unitaria en toda la sección transversal de la piel en tripa o del cuero. En el espesor del cuero y en la especial estructura de la capa de flor, el intercambio total de carga entre cada producto auxiliar empleado y el cuero exige un largo tiempo, que, casi nunca, puede ser consumido en la práctica. 4.3) Uso de los tensioactivos según la parte del proceso de ribera a) Sales neutras. 4.3.1) Remojo. b) Productos de la dureza del agua. 4.3.1.1) Fundamentos del remojo 4.2) Influencia de la carga sobre la combinación de tensioactivos en la piel y el cuero Como es lógico pensar, para la absorción de estos agentes tensioactivos por la piel o el cuero, juegan un papel decisivo tanto su estructura química como su carga. Así, en medio neutro, la piel sin curtir apenas combina con alquilsulfonatos, octadecilsulfatos o dodecilsulfatos, mientras que, en medio ácido se da una fuerte adsorción cuyo máximo se alcanza a un pH de 3,5 – 4,0. Los alquilsulfatos de C7 a C9 sólo son adsorbidos muy incompletamente a pH de 2,0. En cambio, en el caso de los alquilbencenosulfonatos (cadenas laterales de C12) es notoria todavía una adsorción del 30-40% incluso en medio neutro. Para el comportamiento de los productos auxiliares ionógenos frente al cuero también es Más información/More info/Plus d'informations [email protected] Se trata de limpiar la piel de la suciedad, el estiércol, sangre, conservantes, etc. Así mismo, es liberada, al menos parcialmente, de proteínas solubles y se le devuelve el estado de hidratación e hinchamiento que tenía en el cuerpo del animal vivo. 4.3.1.2) Uso de tensioactivos en el remojo Los tensioactivos en el remojo reducen el tiempo del mismo ya que aceleran la penetración del agua en la piel, reduciendo al riesgo de ataque bacteriano. En las concentraciones usuales, el uso de tensioactivos apenas ralentizan, por sí mismos, el desarrollo de bacterias. Como decimos, el uso de estos productos reduce el tiempo necesario para el remojo de las pieles así como el uso de productos alcalinos intensificadores del remojo. El uso de humectantes aniónicos y catiónicos aumenta el ataque a la grasa natural y favorece la penetración del agua y otros 17 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. productos. Todos los humectantes aniónicos pueden ser eliminados mediante lavados desde débilmente alcalinos a alcalinos y en cantidad considerable en lavados neutros. Sólo el octadecenilsulfato es incompletamente eluible(1). Pankhurst afirma que los tensioactivos aniónicos son poco útiles en el remojo de pieles secas, porque el problema principal es la peptización de las proteínas globulares coaguladas y de la fibras de colágeno entre sí. Pero, debido a que los tensioactivos aniónicos elevan primeramente las propiedades hidrófobas de este material por formación de una capa monomolecular y lo hace menos soluble; para formar la segunda capa hidrófila no es suficiente con la concentración de humectante usado habitualmente en el remojo y se necesitarían cantidades del tensioactivo tan elevadas que nunca se usan en este proceso. El uso de tensioactivos catiónicos en el baño de remojo (2% de sustancia activa) dio lugar a una disminución en la absorción de agua. Con alquilsulfatos secundarios y alquilfenol etoxilado se observa una escasa elevación. Teniendo en cuenta estas afirmaciones cobra fuerza el remojo de pieles con productos enzimáticos. En el caso de pieles saladas, el uso de alquilsulfatos es beneficioso para aumentar la absorción del agua. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] Los tensioactivos no iónicos no son combinados generalmente por la piel sin curtir. Una excepción la representan las alquilbencenosulfonamidas etoxiladas, que muestran una considerable afinidad hacia la piel. 4.3.1.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos Otras posibilidades de acelerar el proceso de remojo pueden ser mediante la adición de hidróxido sódico, carbonato sódico, sulfuro sódico, aminas así como considerar la influencia de las bacterias o de determinados enzimas que aumenten la velocidad de este proceso. También es recomendable el uso de sales ácidas de ácidos polifosfóricos. 4.3.1.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados En el caso de que los cueros vayan dirigidos a la fabricación de cueros hidrofugados, hay opiniones contra el empleo de estos productos auxiliares en el remojo ya que provocan una disminución de la resistencia al agua del cuero terminado. Se llega a la conclusión de que las cantidades de humectantes empleadas no tienen ciertamente influencia alguna sobre el comportamiento del cuero frente al agua, pero que cantidades mayores y, principalmente, el empleo repetido de tensioactivos en distintos procesos de trabajo pueden elevar la absorción de agua en el cuerpo terminado, sobre todo en el caso de cueros al cromo. 4.3.2) Pelambre-calero 18 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. 4.3.2.1) Fundamentos del pelambre-calero De estos procesos siempre se habla de los dos juntos ya que se realizan en conjunto pero cada uno tiene un motivo específico. El objeto del pelambre es variado: Eliminar de la piel remojada el pelo o la lana y la epidermis. Atacar químicamente al colágeno, provocando, en parte, su hidrólisis con lo que aumenta su reactividad en la piel, a la par que la estructura sufre un desmoronamiento en sus trabazones químicas. Saponificación de grasa de la piel convirtiéndolas en jabones y alcoholes más fácilmente eliminables (si no el calero, sí en operaciones posteriores). Dar grueso suficiente a la piel para ser descarnada y, en su caso, dividida. Eliminación de proteínas y otros productos interfibrilares solubles en medio alcalino o degradables por este efecto. acción de los productos en todo el espesor de la piel y el grado de ataque deseado. 4.3.2.2) Uso de tensioactivos en el pelambrecalero También en este proceso donde se eliminan el pelo o la lana, se utilizan aunque en menor proporción tensioactivos iónicos y no iónicos. Con el uso de alquilsulfatos, eventualmente mezclados con alquilbencenosulfonatos, los productos químicos del apelambrado penetran en la piel en un periodo de tiempo más breve. Siendo, además, posible conseguir un aflojamiento estructural más suave, trabajando con menor cantidad de productos intensificadores, lo que repercute favorablemente en las partes más flojas de la piel; resultando un cuero final con un tacto más lleno y mayor resistencia al desgarro. Consecuencia del uso de estos productos que aportan un apelambrado más suave es una adecuada degradación de las sustancias intercelulares y un amplio desdoblamiento de las fibras de la piel. Empleando menos sulfuro se favorece la formación de una flor lisa y un poro fino. También puede ocurrir un deterioro de la flor mediante el uso de cantidades excesivas de tensioactivos. Los objetivos del calero son: Provocar un hinchamiento de las fibras y fibrillas del colágeno para provocar una desfibrilación física. Ataque químico por hidrólisis a la proteína piel aumentando los puntos de reactividad y, si el efecto es drástico, llegando a la disolución de las fibras. Ataque químico a las grasas, productos cementantes, raíces del pelo, etc.,... facilitando mediante su disolución en agua, la eliminación de la piel. En definitiva se trata de poner en contacto los productos alcalinos (Ca(OH)2, Na2S, NaSH, peróxidos, aminas), sales, tensoactivos, disueltos en agua con la piel en aparatos agitadores (bombos, molinetas,...) durante un tiempo más o menos largo, hasta conseguir la Más información/More info/Plus d'informations [email protected] En el caso de la piel en tripa que contiene un alto contenido de grasa natural, es importante que en el remojo y apelambrado se favorezca la emulsión de las grasas mediante la adición de tensioactivos. En el caso de que se procese la piel en tripa con métodos de escurrido y/o repasado de la misma, se nota la mejoría porque se eliminan mejor las raíces del pelo y los residuos epidérmicos y pigmentarios de la piel. Puesto que os tensioactivos aniónicos no se fijan en las fibras de colágeno en el intervalo de pH alcalino, sólo pueden actuar aquí, al igual que los no iónicos, por sus propiedades humectantes y emulsionantes. En cambio, los tensioactivos catiónicos, en el medio alcalino de un apelambrado, pierden su acción humectante y son combinados por los grupos ácidos del colágeno. De los tensioactivos catiónicos sólo se puede esperar aquí una cierta acción protectora contra el ataque de 19 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. los productos químicos del apelambrado sobre la flor. Como adiciones adecuadas, se recomiendan el aceite de ricino sulfatado, y el éster butílico del ácido ricinoleico sulfato, el cual posee una fuerte acción humectante, lo que podría perjudicar al posterior proceso de obtención de pieles hidrofugadas. Asimismo, los sulfatos de los alcoholes grasos de cadena corta (C6C12) y de alcoholes grasos insaturados tienen un poder disolvente especial de las sustancias proteicas intercelulares, con lo que se pueden ahorrar los productos intensificadores del pelambre y, al mismo tiempo, un tratamiento más suave de la piel. 4.3.2.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos Se pueden usar enzimas lipasas que ayuden a debilitar la unión de las raíces del pelo con la piel así como auxiliares tipo aminas que desarrollen acciones parecidas y eviten tanto el uso de estos tensioactivos como el de álcalis de carácter reductor como el sulfuro sódico. 4.3.2.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados De los tensioactivos añadidos en el pelambre sólo una escasa proporción queda retenido en el cuero terminado. Por consiguiente, la cuestión de si los tensioactivos en el apelambrado pueden influir sobre la humectabilidad del cuero acabado, tenemos la misma respuesta que para los usados en el proceso de remojo; de las escasas cantidades de tensioactivos añadidos al pelambre, no cabe esperar una influencia decisiva sobre el comportamiento del cuero terminado frente al agua. Deben evitarse, sin embargo, adiciones excesivas. Como adiciones adecuadas, se recomiendan el aceite de ricino sulfatado, y el éster butílico del ácido ricinoleico sulfato, el cual posee una fuerte acción humectante, lo que podría perjudicar al posterior proceso de obtención de pieles hidrofugadas. Asimismo, los sulfatos de los alcoholes grasos de cadena corta (C6C12) y de alcoholes grasos insaturados tienen un poder disolvente especial de las sustancias proteicas intercelulares, con lo que se pueden Más información/More info/Plus d'informations [email protected] ahorrar los productos intensificadores del pelambre y, al mismo tiempo, un tratamiento más suave de la piel. 4.3.3)Desencalado 4.3.3.1) Fundamentos del desencalado El objetivo primordial de este proceso en las industrias de curtidos, es la eliminación total o parcial, mediante neutralización de los agentes alcalinos que llevan las pieles procedentes del pelambre y calero. Si estos quedaran en exceso contenidos en la piel, provocarían una acción perjudicial en los procesos siguientes. Las pieles, al salir del apelambrado, llevan productos ajenos a ellas como el sulfuro y la cal. El sulfuro por ser muy soluble, es eliminado en su mayor parte por las aguas de lavado. La cal, debido a su baja solubilidad, se elimina más lentamente. Esta cal se encuentra en la piel de dos formas: como álcali libre rellenando espacios interfibrilares y en forma de álcali combinado con la sustancia piel. La mayor parte del álcali libre es eliminado mediante los lavados previos tras el pelambre y al llegar por neutralización a un pH = 8,5. Pero para eliminar el álcali combinado hemos de alcanzar pH's inferiores. Es conveniente en esta operación una elevación de la temperatura para reducir la resistencia que las fibras hinchadas oponen a la tensión natural del tejido fibroso, esto hace que disminuya suficientemente la histéresis del hinchamiento. Se puede decir entonces que el desencalado es una neutralización de la alcalinidad del pelambre con substancias ácidas. El deshinchamiento y la disminución de la turgencia de la piel se logran, pues, mediante la acción conjunta de la neutralización, aumento de temperatura y efecto mecánico. En el gráfico podemos ver la influencia que, sobre el hinchamiento, ejerce el valor de pH. La eliminación de esta alcalinidad tiene como efecto más importante y reconocible externamente, la eliminación del 20 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. hinchamiento. El deshinchamiento viene apoyado por el efecto osmótico. El alto contenido de agua de la piel hinchada es cedido al baño, por lo que el agua es absorbida por la solución salina de compuestos desencalantes y esta tiende a diluirse. “Un alto contenido de cal en la piel acabada da lugar a una baja resistencia al desgarro, cal residual, poro grosero y una piel acabada más dura”. 4.3.3.2) Uso de tensioactivos en el desencalado En la práctica, los tensioactivos como productos auxiliares en el desencalado han tenido escasa importancia. Como aditivos a los agentes desencalantes se han recomendado alquilsulfatos, sulfatos de ácidos grasos amidados y sulfatos de alquilfenoles etoxilados. Por citar un ejemplo de uso aconsejado de tensioactivos en el desencalado, podemos citar el caso de la obtención de pieles limpias las cuales deben estar exentas de de jabones de cal, exceso de grasa y manchas de cal. Una adición de tensioactivos puede facilitar bastante la eliminación de restos epidérmicos. El comienzo de la utilización de determinados tensioactivos significó el fin del proceso de “dar hierro” l limpieza mecánica de la flor, con lo que se soslayó la necesidad de sacar las pieles del bombo o de la molineta pudiéndose operar de un modo más racional y continuo. Aún así, se recomienda el empleo de emulsionantes aniónicos con poca actividad de carga para evitar la fijación en la superficie y conseguir una mayor acción en profundidad. 4.3.4) Rendido 4.3.4.1) Fundamentos del rendido Se entiende por rendido el proceso al que se someten las pieles con el fin de producir un principio de proteolisis y eliminar del tejido dérmico determinadas proteínas perjudiciales a los procesos subsiguientes que debe sufrir la piel para transformarse en cuero. Esto se consigue por medio de enzimas proteolíticos los cuales rompen los enlaces peptídicos con los que diversos aminoácidos dan lugar a unas determinadas proteínas. Esto lleva consigo un aflojamiento y peptización escasa de la estructura del colágeno limpiándose, al mismo tiempo, la piel de restos de epidermis, pelo y grasa que no han sido eliminados en procesos anteriores. Estos enzimas dan lugar a una degradación interna de las fibras del colágeno sin dar lugar a productos de solubilización. Esto permite debilitar la resistencia de la estructura del colágeno eliminando la histéresis del hinchamiento. Se ha comprobado que la acción enzimática favorece también la deshidratación y que el estado caído de una piel en tripa se alcanza igual mediante un completo desencalado y un largo tratamiento con agua caliente, pero si esto se hace así, al curtir al cromo una piel, sin empleo simultáneo de enzimas se ve que el dibujo natural de la piel queda más profundamente marcado debido a la contracción irreversible de la capa de flor, dándose también un tacto más duro. Todo esto lleva a pensar que el efecto enzimático tiene lugar preferentemente en la capa de flor. En definitiva, la piel en tripa es tratada con soluciones enzimáticas con el fin de eliminar el exceso de proteínas en particular del lado flor del cuero. No se debe influenciar la estructura fibrosa de la piel, de modo que el cuero producido presente propiedades físicas y mecánicas óptimas con la flor en perfectas condiciones. 4.3.3.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos No ha sido el desencalado un proceso donde sea imperiosamente necesario el uso de tensioactivos por lo tanto, no es necesario buscar alternativas a su uso. 4.3.3.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 21 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. 4.3.4.2) Uso de tensioactivos en el rendido Comentar en principio que no se considera muy adecuado el empleo de emulsionantes aniónicos, como los alquilsulfatos, en el rendido ya que los tensioactivos aniónicos pueden bloquear la acción fermentante del rendido. Todo esto no está en contra del empleo de tensioactivos no iónicos. Tampoco los compuestos tensioactivos cuaternarios parecen impedir la actividad enzimática de la tripsina sino que, más bien, la incrementan. Como humectantes en el rendido para una mejor emulsión de las grasas entran en consideración en primera línea los humectantes no iónicos, anfóteros y catiónicos. 4.3.4.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos 4.3.4.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados 4.3.5) Píquel 4.3.5.1) Fundamentos del píquel En las operaciones de desencalado y rendido no se elimina toda la cal que la piel absorbe en el pelambre y calero. Al final del desencalado (pH = 8,3 aprox.), se ha eliminado la cal no combinada que se encuentra en los espacios interfibrilares de la piel, pero no el álcali que está combinado con el colágeno. En la operación del "piquelado" se trata la piel desencalada y rendida con productos ácidos que incorporan a la piel una importante cantidad de ácido y, al mismo tiempo, al bajar el pH hasta valores de alrededor de 3,0-3,5, se logra eliminar totalmente el álcali de la piel, incluso el combinado. Por todo esto, puede considerarse el píquel como: a) Complemento del desencalado. b) Interrupción definitiva del efecto enzimático de rendido. c) Preparación de la piel para la posterior operación de curtición mineral. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] a) Es un complemento del desencalado porque con la incorporación de una importante cantidad de ácido en la piel, se logra eliminar totalmente el álcali de la piel, incluso el combinado. b) Interrumpe el efecto enzimático del rendido como consecuencia de que el pH sufre un descenso hasta pH=3,0-3,5. Como se dijo anteriormente el pH óptimo de trabajo de los enzimas está en función del tipo de enzima que usemos, pero por lo general suele estar entre 7,5-8,5. c) La operación de piquelado es muy importante en lo que respecta a la operación posterior de curtición ya que, si la piel no estuviera piquelada, el pH sería elevado y las sales del agente curtiente mineral adquirirían una elevada basicidad, reaccionando rápidamente con las fibras de colágeno, lo que produciría una sobrecurtición en las capas más externas que dificultaría la difusión del curtiente en las capas internas, produciendo una contracción de la capa de flor y una precipitación en la flor del agente mineral hidrolizado. Aparte de los tres puntos explicados, en el piquelado se produce también el ataque químico de las membranas de las células grasas, especialmente en piel muy grasienta, como la de tipo lanar. Para este tipo de pieles es recomendable hacer un píquel muy ácido y, posteriormente desengrasar. Como objetivo secundario, pero así mismo importante, cabe citar la conservación de las pieles ya que es cada vez más frecuente el comercio y manipulación de las pieles en este estado ya piquelado que permite establecer un clasificado más selectivo. El "Piquelado de conservación" es más enérgico que el piquelado normal, llegándose, en el caso de conservación a valores de pH entre 1,0 y 1,5. Con todo lo dicho, no se puede hablar de métodos de piquelado diferentes, ya que, en todo caso, el piquelado se basa en la incorporación de ácido y sal a la piel. Pero sí podemos hablar de variantes del píquel, por incorporación de mayor o menor cantidad de 22 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. ácido. Teniendo en cuenta lo expuesto, se puede definir la operación de píquel como: "El tratamiento de la piel desencalada y rendida con soluciones conteniendo ácidos y/o sales ácidas en presencia de sales neutras modificándose con ello el pH desde 7,5-8,5 de las pieles desencaladas hasta el pH de 3-4 de las pieles piqueladas preparadas para curtir o pH de 1-2 para conservarlas en píquel". 4.3.5.2) Uso de tensioactivos en el píquel No se suelen utilizar tensioactivos en este proceso. Se solía usar una pequeña cantidad de un sulfato de alcohol graso (longitud de cadena C4-C10) ya que éste actuaba favorablemente en el piquelado para la obtención de una flor fina y cerrada mejorándose la elasticidad de la flor. Sin embargo, como hemos comentado el uso de esto tensioactivos ha perdido importancia. Los tensioactivos aniónicos se fijan preferentemente en la capa de flor y ocasionan también un cierto hinchamiento hidrotrópico de la piel sin curtir. Probablemente, gracias a este tratamiento previo se favorece la subsiguiente curtición al cromo. 4.3.5.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos Al no ser necesario su uso, no es necesario buscar alternativas; quizá, si lo que se busca son los efecto de finura de flor o, incluso, para mejorar la penetración de las sales de cromo adicionadas posteriormente, esto lo podamos conseguir con el uso de otro tipo de productos como dispersantes o enmascarantes dentro de este mismo proceso. 4.3.5.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados 4.3.6) Desengrase 4.3.6.1) Necesidad del desengrase La necesidad del desengrase viene dada por los inconvenientes que aporta su presencia Más información/More info/Plus d'informations [email protected] durante el proceso de fabricación y, sobre todo, por la calidad deficiente que se obtiene en el cuero terminado. Los motivos por los que la grasa dificulta la fabricación correcta del cuero se puede agrupar en cuatro tipos: 1) Dificultad de reacción de cualquier producto con la fibra de la piel y de penetración hasta su íntima estructura. 2) Por la presencia de la grasa natural en la piel, se pueden dar los problemas de aparición de manchas oscuras de grasa, eflorescencias grasas, irregularidades en el brillo y aspecto de la piel acabada y tacto graso superficial en determinadas zonas de la piel, entre otros defectos. 3) Posibilidad de que la grasa reaccione con los productos empleados en la fabricación provocando irregularidades. 4) Otro defecto producido por la grasa natural de la piel es el enrranciamiento que provoca una especie de curtición de las pieles sobre todo secas, durante el periodo de almacenaje. 4.3.6.2) Productos empleados en el desengrase Los productos típicos de desengrase son los tensioactivos y los disolventes. Cierta consideración merecen también las enzimas lipolíticas. 4.3.6.3) Uso de los tensioactivos en el desengrase del cuero Como ya hemos comentado con anterioridad, un tensioactivo es un compuesto químico que tiene una parte de su molécula soluble en agua y otra insoluble en agua y soluble en grasa. En conjunto, la mayoría forman en agua soluciones verdaderas, en algunos casos soluciones coloidales y en otros, menos frecuentes, son insolubles en agua. Esta solubilidad depende de hasta que punto predomine en su molécula el efecto de la parte soluble en agua o de la parte insoluble. Numéricamente, este hecho se expresa mediante un número, que, teóricamente va del uno al infinito pero que, en la práctica, está comprendido entre 1 y 60. Este número quiere ser la relación entre la parte hidrofílica y la 23 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. parte lipofílica y se conoce con las siglas HLB que so las iniciales de las palabras inglesas “Hidrofilic, Lipofilic, Balance”. La propiedad detergente de los tensioactivos es análoga a la emulsionante si bien presenta la diferencia de que la suciedad antes de emulsionarse, se arranca de la superficie donde está adherida. En el desengrase de pieles son más útiles los tensioactivos que tienen el HLB bajo ya que se comportan más como emulsionantes, lo cual no quiere decir que pequeñas cantidades de tensioactivos con HLB mayor, que son más detergentes, no sean útiles, sobre todo, en los lavados del desengrase. 4.3.6.4) Desengrase con tensioactivos La idea básica de una eliminación de grasa de la piel mediante el empleo de tensioactivos no es otra que la d hacer entrar en contacto un tensioactivo o una mezcla de ellos, con la grasa de la piel; hacer que ésta se emulsione y, por último, mediante lavados, eliminar la grasa ya emulsionada. En los tensioactivos no iónicos es donde se emplea más este concepto de HLB. Cuanto más elevado es el HLB, más soluble en agua es el tensioactivo por tener más importancia dentro de la molécula su parte hidrófila. Todos los tensioactivos disminuyen la tensión superficial del agua y la tensión interfacial entre el agua y cualquier sólido o líquido que esté en contacto con ella. De ahí viene la primera de las propiedades de los tensioactivos que no es otra que el poder de humectación. Otra propiedad de los tensioactivos es que se colocan alrededor de las partículas emulsionadas disponiéndose hacia dentro la parte insoluble en agua y hacia fuera de las partículas, la parte soluble en agua. De esta forma, la partícula presenta una falsa solubilidad que le permite permanecer en solución sin que se produzca una separación rápida de las dos fases. A esta propiedad se le llama poder emulsionante y encuentra aplicación tanto en el engrase de las pieles como en el desengrase de las mismas. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] Es evidente que al igual que en el caso del prensado, el mejor estado de la piel para este tipo de desengrase es después de un píquel de conservación y un tiempo no corto de reposo. Es necesario que las fibras estén separadas tanto para la penetración del tensioactivo como para la salida hacia fuera de la piel de la grasa emulsionada. También es necesario que la grasa del interior de la piel esté libre de la envoltura protoplasmática de las células adiposas a fin de poder ser emulsionada. La elección del tensioactivo es muy 24 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. importante. Deben escogerse tensioactivos que resistan las condiciones de pH bajo y salinidad de las pieles piqueladas y que no se fijen en la piel. Generalmente, se emplean no iónicos derivados del El fundamento de dicho método es conseguir que la grasa de la piel se disuelva en un disolvente y, después, extraer la disolución de la piel. nonilfenol, alcohol laurico u otros análogos, procurando, dentro de cada serie, escoger los que tengan el HLB más bajo, que permitan los electrolitos y el pH, ya que son los que mejor emulsionan la grasa. Los tensioactivos son análogos a los utilizados en el desengrase sin disolventes perteneciendo la mayoría a las series de no iónicos con base orgánica tipo nonilfenol, alcohol laurico u otros parecidos. También aquí se escogen dentro de los posibles, aquellos cuyo HLB es más bajo por ser los que, en general, producen mejores y más estables emulsiones de la solución de grasa en disolvente. Cuando el contenido en grasa es más bajo o se cree que el desengrase no es muy necesario, se realiza el mismo método pero sobre pieles rendidas, añadiendo a baño de rendido o en baño aparte un tensioactivo o mezcla de varios rodando unos 30 minutos y después lavar. En este caso, el desengrase es más superficial pero menos costoso ya que no hay que reposar las pieles tras el píquel y los lavados posteriores del rendido sirven como lavados de desengrase. Hay que tener en cuenta que el efecto de rendido se alarga al alargar el tiempo con el desengrase; por esto, se recomienda añadir el tensioactivo al baño de rendido con el tiempo suficiente de antelación para realizar el desengrase adecuadamente. En todos los casos, los tensioactivos pueden tener un HLB bajo al no trabajar n baño salino ni a pH tan bajos como en el píquel. Este hecho compensa, al tener éstos un mayor poder emulsionante, el hecho de no desengrasar sobre pieles piqueladas y reposadas. En general, los más empleados son los no iónicos, excepto cuando se necesita una limpieza del pelo que, combinándose éstos entonces con aniónicos que son más detergentes. Este último método puede ser suficiente cuando la piel tiene poca grasa en la parte interna. Este puede ser el caso e algunas pieles de cerdo si la grasa principal situada en el tejido subcutáneo se elimina por medio del descarnado en el remojo. También pueden trabajarse así un buen número de cueros vacunos y cabríos con bajo contenido en grasa natural. 4.3.6.5) Desengrase con disolventes y tensioactivos en medio acuoso Más información/More info/Plus d'informations [email protected] Este método de desengrase se aplica sobre pieles de contenido alto en grasa, piqueladas y precurtidas y reposadas, puesto que, en este momento, es cuando la grasa es más asequible al disolvente, sobre todo, la del interior de la piel, una vez liberada durante el reposo en píquel de dentro de las células adiposas. 4.3.7) Curtición 4.3.7.1) Fundamentos de la curtición mineral La curtición al cromo, como la mayoría de las curticiones, es un proceso que tiene como objetivos principales estabilizar las proteínas de la piel de forma que resistan al ataque de los enzimas de la putrefacción y separar las fibras, de forma que al secarse la piel no quede córnea. Esto se consigue con la unión transversal de las moléculas de colágeno, así como de sus fibrillas, a través de productos curtientes que, por ello, deben tener un tamaño molecular mínimo y, como mínimo también, dos grupos reactivos. Como objetivo secundario de la curtición al cromo, y de casi todas las curticiones, está el conferir una serie de propiedades a la piel como son: plenitud, tacto, elasticidad, finura de flor, etc.,... que dependerán del producto curtiente empleado. No obstante, una definición clara y diáfana de la curtición debería contener una explicación de la verdadera naturaleza del proceso, lo 25 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. cual, todavía hoy, no se conoce con exactitud, debido principalmente a que los productos reaccionantes, el colágeno de la piel y los productos curtientes presentan una complicada constitución que en muchos puntos no está suficientemente aclarada. Resumiendo se puede decir que la finalidad de la curtición es producir una estabilización irreversible de la perecedera sustancia piel. Esta conversión de la piel en tripa hasta curtida origina: a) Estabilidad frente a la degradación enzimática y aumento de la resistencia frente a productos químicos. b) Aumento de la temperatura de encogimiento y de la estabilidad al agua caliente. c) Disminución a anulación de la capacidad de hinchamiento. d) Disminución de la densidad por el aislamiento de las fibras. e) Disminución de la deformabilidad. f) Disminución del encogimiento en volumen, superficie y grosor. g) Aumento de la porosidad de las fibras de colágeno. Estas propiedades se consiguen gracias a la reticulación de las cadenas de colágeno con los distintos curtientes. curtición con formaldehído y las sales de aluminio con un tratamiento con alquilsulfato. El cuero precurtido con formol en una reacción débilmente alcalina es curtido e bombo con una mezcla de oleilsulfato amónico y sulfato de aluminio. Esta mezcla es bien absorbida. Por último se neutraliza con acetato sódico u otro neutralizante análogo. Esta precurtición con formaldehído puede ser sustituida por una curtición con resinas. Para este fin se emplean condensados catiónicos solubles obtenidos de formol y diciandiamida o guanidina. En solución acuosa la resina es precipitada por un tensioactivo aniónico. Con un método operatorio adecuado esta precipitación puede tener lugar en la piel en tripa. De este modo se puede obtener un cuero glacé blanco y lavable. Si la curtición se realiza con extractos vegetales o sintéticos, se emplean tensioactivos aniónicos, ya que los restos de no iónicos que pueden quedar en la piel, dan precipitados y coloraciones oscuras con los extractos vegetales. 4.3.7.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos 4.3.7.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados 4.3.8) Trabajos sobre cueros wet blue 4.3.7.2) Uso de tensioactivos en la curtición mineral Los tensioactivos aniónicos no son en sí mismos productos curtientes. Lo mismo que con los sintanes auxiliares del tipo de los condensados del ácido naftalensulfónico y formol, sólo tiene lugar una unión salina entre lo grupo básicos de la piel y los grupos sulfónicos del tensioactivo. Por otra parte hay una serie de procedimientos de curtición en los que los tensioactivos aniónicos se emplean conjuntamente con los curtientes minerales. En general, el uso de estos tensioactivos en la curtición mineral se debe a la intención de conseguir un tipo de cueros para guantería, técnicos,… Un procedimiento para conseguir un tipo de cuero agamuzado combinaba la Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 4.3.8.1) Lavado de pieles en wet blue Los alquileterfosfatos no son adecuados para la fabricación de cueros hidrofugados, pues la introducción de óxido de etileno en la cadena ha aumentado sustancialmente su hidrofilia. Sin embargo, los alquiléterfosfatos de cromo pueden ser tan hidrofílicos, que pueden llegar a solubilizarse en agua, dependiendo del resto alquílico y del grado de oxietilenación. Esto resulta muy útil para dispersar jabones de cromo con depositaciones superficiales de cromo y, en general, lavar pieles en estado de wet-blue. Muy importante para la práctica del trabajo sobre pieles y cueros es tener en cuenta que el cuero al cromo en el secado o en el 26 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. almacenado sufre una modificación a causa de la formación de complejos cromocolágeno aniónicos por lo que el cuero va perdiendo su carácter catiónico, desplazándose su punto isoeléctrico hacia los valores bajos de pH. Los poliéteres de tipo de los aductos(2) oxietilenados pueden combinarse, sin embargo, con los complejos cromo-colágeno de cuero al cromo. Los cueros al cromo tratados con derivados oxietilenados absorben fácilmente agua después del secado. 4.3.9)Neutralizado puedan deslizar fácilmente entre ellas y rellena algo el espacio entre ellas. Mediante el engrase se aumenta la resistencia al desgarro y al alargamiento a la rotura entre otras muchas propiedades del cuero, lo que da idea de la importancia del mismo. Además, de esta operación depende la obtención de una artículo más o menos logrado. Según como se realice el engrase y según el tipo de grasas empleadas se pueden obtener unas determinadas características. Por ejemplo, si se quieren obtener pieles con resorte hay que hacer un engrase de flor evitando la total penetración. Si, por el contrario, queremos un tacto blando, hay que operar al contrario. 4.3.10)Recurtición Los poliéteres forman aductos(2) poco solubles con los derivados fenólicos. Puesto que los curtientes vegetales y muchos sintanes contienen grupos fenólicos, los poliéteres pueden ser fijados también por el cuero tratado con aquellos productos. Entonces los tensioactivos pierden su acción humectante. Por ello, frecuentemente no se incrementa la absorción de agua de los cueros de curtición vegetal o sintética gracias al empleo de derivados de poliglicol dosificados adecuadamente. En el engrase se dan dos fenómenos diferentes, uno de tipo físico "penetración" y otro de tipo químico "fijación". En el primero la emulsión de los productos de engrase penetra a través de los espacios interfibrilares hacia el interior del cuero y una vez allí se rompe depositándose sobre las fibrillas. La penetración se logra gracias a la acción mecánica del bombo ayudado por fenómenos de tensión superficial, capilaridad y absorción. 4.3.11)Tintura 4.3.12)Engrase 4.3.12.1) Fundamentos del engrase Ocurre que cuando la piel curtida se seca, el cuero queda duro debido a que las fibras se han deshidratado y se han unido entre sí formando una sustancia compacta quedando su desplazamiento impedido o dificultado. El engrase trata de sustituir el agua que hay entre las fibras por grasa no formándose, así, enlaces transversales entre las fibras en el momento del secado y quedando la piel blanda. La grasa rodea a las fibras manteniéndolas separadas para que no se peguen unas a otras, las lubrifica para que se Más información/More info/Plus d'informations [email protected] En cuanto al segundo fenómeno, tiene que ver con la naturaleza catiónica, aniónica o no iónica de la grasa, según el tratamiento ha que haya sido sometida o el tipo de emulsionante que se le haya incorporado. Hay que tener en cuenta que ambos fenómenos dependen del tipo de curtición a que ha sido sometido el cuero ya que el punto isoeléctrico será diferente. Cuando el pH es superior al punto isoeléctrico, el cuero se comporta como catiónico y fija productos aniónicos. Si el pH es superior al punto isoeléctrico el cuero se comporta como aniónico y entonces fija productos catiónicos. 4.3.12.2) Uso de tensioactivos en el engrase Los cueros de curtición mineral no pueden ser 27 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. engrasados con productos insolubles en agua. Son necesarias emulsiones grasas que puedan ser aplicadas a elevadas temperaturas y sean estables hasta cierto unto frente a los ácidos y las sales. En las formulaciones de engrase tradicionalmente se introduce un tensioactivo como agente auxiliar con la finalidad de mejorar las propiedades de la emulsión, su finura, mejorar la penetración,… En casi todos los procedimientos de engrase es necesaria la presencia de tensioactivos. Se requieren emulsionantes de agua en aceite y de aceite en agua. Estos emulsionantes pueden ser aniónicos, no iónicos, catiónicos y anfóteros. Además de la acción emulsionante sobre las grasas, los tensioactivos tienen muchas veces también una influencia directa sobre el carácter del cuero. Precisamente en el engrase del cuero, algunos tensioactivos sintéticos o semisintéticos han pasado a ser unos productos auxiliares indispensables. Los engrasantes tradicionales (aceites sulfitados de pescado, pata de buey sulfatados o sulfonados, parafinas sulfocloradas,…) contienen partes emulsionantes o tensioactivos que provienen de dos fuentes distintas: a) De las correspondientes transformaciones químicas de la materia grasa (sulfatación, sulfonación, sulfitación,…) b) De la adición al producto engrasante por la propia industria química para conseguir emulsiones más estables o con mejor poder engrasante. Sin embargo, estos engrasantes tradicionales presentan un inconveniente, contienen fracciones relativamente elevadas de aceites neutros ya sean triglicéridos, aceites minerales, parafinas, aceites blancos, etc.,… los cuales no se fijan al cuero por un enlace estable sino que presentan una considerable movilidad dentro de las fibras del cuero. Esta fracción de Más información/More info/Plus d'informations [email protected] grasa que podremos denominar “grasa no combinada” migra o tiene posibilidad de migrar por el cuero. Un excesivo contenido en materias grasas extraíbles presenta dificultades de todo tipo: migraciones en el secado al vacío, problemas de pegado de suelas al empeine del zapato o bien, migraciones que dificultan la adhesión del acabado al cuero. Es muy importante que la grasa no migre por l cuero cuando se realice desengrase en máquinas de tintorería con disolventes en la fabricación de pieles antelana. También el hecho de un desplazamiento de grasa a través del cuero puede representar graves problemas debido a la aparición de eflorescencias grasas o “repousse”. Por eso, la tendencia es a realizar operaciones de engrase con engrasantes poco extraíbles con disolventes orgánicos, es decir, que presenten una fuerte afinidad al cuero. Todas las sustancia tensioactivas que tengan la posibilidad de enlazarse iónicamente al cuero, presentan esta propiedad. Es importante, por tanto, revisar las propiedades químicas referentes al cuero de los tensioactivos. Sustancias tensioactivas: Ya hemos comentado de que están constituidas las moléculas de las sustancias tesioactivas. De su estructura y carga dependen las propiedades sobre el cuero. Hay que tener en cuenta dos criterios generales: a) Al incrementar la longitud de la cadena hidrofóbica se observa una transición de humectante a engrasante: b) De igual manera, al incrementar la longitud de la cadena hidrófoba, aumenta también el poder de agotamiento de las sustancias, por tanto, aumenta la afinidad por las fibras de colágeno. 28 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. Tensioactivos no iónicos a) Con un grado de alcoxilación creciente, aumenta la hidrofilia de la molécula. b) La fijación de estos productos a las fibras de la piel o del cuero es baja e independiente del pH. c) Estos tensioactivos poseen una elevada fuerza emulsionante de aceites y grasas y, por ello, se utilizan en pequeñas cantidades para aumentar la estabilidad de las emulsiones de los engrasantes y así mejorar la penetración a través del cuero. GR. FUNCIONAL Carboxílico d) Los emulsionantes no iónicos aumentan la hidrofilia de los cueros curtidos al cromo. Asimismo, los engrasantes que contienen emulsionantes no iónicos pueden presentar precipitaciones en curticiones sintéticovegetal. Tensioactivos aniónicos Se estudia el comportamiento tomando como referencia la fuerza del ácido del que provienen y, con este concepto, según aumenta la fuerza del ácido, más soluble será el emulsionante y más estable serán las emulsiones a los ácidos, sales y curtientes minerales. FORMULA R EJEMPLO COO- Jabón Muy sensibles a las sales y a los ácidos. Poco utilizados como engrasantes; les afecta la dureza del agua lo que puede provocar formación de jabones de Ca y Mg en la superficie dando problemas de anclaje en el acabado. En el caso de los derivados de ácidos policarboxílicos, son emulgentes que son ésteres parciales de estos ácidos policarboxílicos tales como los ácidos cítrico, malónico, succínico, adípico o aminodiacético. Puesto que poseen siempre algún grupo carboxílico libre, forman complejos con el cromo y se obtienen cueros poco hidrofílicos con ellos, aunque con muy buenas blanduras. Hay que destacar el elevado poder engrasante de éstos que, a la vez son poco solubles en agua siendo sus emulsiones poco estables. Estabilidad que se puede mejorar añadiendo algún grupo funcional hidrófilo a sus moléculas (p. Ej. un grupo sulfonato). Este tipo de producto es muy adecuado para dar un engrase blando, especialmente si se refuerza su acción con alquilfosfatos. La ventaja que presentan es que, al mismo tiempo que engrasantes, pueden ser utilizados como productos hidrofugantes, si se realiza, a continuación del engrase y en el mismo baño, una fijación mediante cationes metálicos polivalentes, especialmente Cr3+ y Al3+. Nos encontramos con productos de doble aplicación; si los utilizamos en engrases convencionales, s comportan como engrasantes convencionales de elevada blandura y cuando conviene, como engrasantes hidrofugantes pudiéndose regular el grado de hidrofugación en función del ión y la cantidad utilizados. Dada su buena estabilidad, estas mezclas engrasan en profundidad y no hay que temer soltura de flor típica en algunos engrasantes hidrofugantes. 2- Fosfato R O PO- 2 Fosfato R Monoalquil fosfato Dialquilfosfato O En términos generales son ésteres fosfóricos obtenidos mediante reacción de compuestos orgánicos que contengan grupos (OH ) con pentóxido de fósforo (P2O5), y, a continuación, se neutraliza. A la vista de la estructura química de esto productos, se puede afirmar que el monoéster tiene mayor afinidad por el cuero, mayor hidrofilia y menos poder engrasante que el diéster, el cual posee mayor poder lubrificante. Los ésteres fosfóricos puros utilizaos en la industria del cuero son siempre mezclas de monoéster y diéster. El poder engrasante de los alquifosfatos depende, además de la relación monoéster-diéster, principalmente de la longitud de la cadena alquílica. Los ésteres fosfóricos como engrasantes del cuero presentan las siguientes propiedades: 1) Elevado poder lubricante. 2) Baja extraibilidad del cuero con disolventes orgánicos. 3) Bajo peso específico, es decir, cueros ligeros y esponjosos. 4) Excelente solidez a la luz. Estos productos presentan una inclinación similar a los jabones a formar compuestos hidrofugados con iones metálicos trivalentes (Cr, Al,…). Esta propiedad puede utilizarse para la fabricación de cueros hidrofugados o poco hidrofílicos. Alquiléter sulfatos y fosfatos 2- + - + Mono alquil éter fosfato y alquil éter sulfato Se obtienen por sulfatación o fosfatación de alcoholes grasos previamente oxietilenados o bien oxipropilenados. Cuando introducimos a los correspondientes sulfatos y fosfatos se producen los siguientes efectos: 1) Aumenta la estabilidad de las emulsiones especialmente contra iones metálicos polivalentes. 2) Disminuye la afinidad respecto a la piel en tripa y respecto al complejo cromo-colágeno. MásEstos información/ More info/Plus d'informations alquiléter sulfatos poseen una gran capacidad emulsionante de la grasa natural; por esto se pueden aplicar como [email protected] 29 pre-engrase de pieles de elevado contenido de grasa natural en píquel o curtición. trivalentes (Cr, Al,…). Esta propiedad puede utilizarse para la fabricación de cueros hidrofugados o poco hidrofílicos. Teoría sobre los tensioactivos 2- + Alquiléter sulfatos y Mono alquil Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. + fosfatos éter sulfato éter fosfato y alquil Se obtienen por sulfatación o fosfatación de alcoholes grasos previamente oxietilenados o bien oxipropilenados. Cuando introducimos a los correspondientes sulfatos y fosfatos se producen los siguientes efectos: 1) Aumenta la estabilidad de las emulsiones especialmente contra iones metálicos polivalentes. 2) Disminuye la afinidad respecto a la piel en tripa y respecto al complejo cromo-colágeno. Estos alquiléter sulfatos poseen una gran capacidad emulsionante de la grasa natural; por esto se pueden aplicar como pre-engrase de pieles de elevado contenido de grasa natural en píquel o curtición. Por su parte, los alquileter fosfatos no son adecuados para la fabricación de cueros hidrofugados, pues la introducción de óxido de etileno en la cadena ha aumentado sustancialmente su hidrofilia. Sin embargo, los alquiléter fosfatos de cromo pueden ser tan hidrofílicos, que pueden llegar a solubilizarse en agua, dependiendo del esto alquílico y del grado de oxietilenación. Esto resulta muy útil para dispersar jabones de cromo con depositaciones superficiales de cromo y, en general, lavar pieles en estado de wet-blue. Este ejemplo demuestra que la transición de tensioactivo “engrasante” a tensioactivo “detergente” es muy simple y depende de la estructura química de la molécula, aunque también de las condiciones de aplicación. - Sulfato Alquisulfato Los de cadena media o larga presentan a pH 7 magníficas propiedades detergentes sobre piel con pelo o lana. El producto emulsiona en parte la suciedad y en parte se fija a la lana actuando como suavizante. En medios ácidos presentan excelente propiedades engrasantes.. Aportan buena blandura y aumentan la resistencia al desgarro. Se ha demostrado que el aumento de la resistencia al desgarro aumenta especialmente cuando se adiciona el producto antes de la adición del cromo, es decir, en el píquel. Sulfonato - Aril ó alquilaril sulfonato El efecto engrasante es similar al de los alquilsulfatos, presentando sus emulsiones una elevada estabilidad. Sus efectos sobre el cuero dependen del pH del medio: a) Por encima del punto isoeléctrico del cuero, es decir, desde un medio ligeramente ácido hasta alcalino, los emulgentes aniónicos poseen un bajo poder de agotamiento. Se comportan más bien como detergentes dependiendo de la longitud de su cadena. b) Por debajo del punto isoeléctrico del cuero, es decir, medio ácido, se fijan a las fibras de colágeno. El enlace es del tipo iónico, por tanto, sustancialmente más fuerte que para los emulsionantes no iónicos. Esto los hace muy interesantes pues todos ellos son difícilmente extraíbles con disolventes orgánicos. Tensioactivos catiónicos Derivan de aminas grasas o compuestos de nitrógeno cuaternarios, también se aplican en el engrase aunque juegan un papel secundario. Su principal aplicación es como post-engrase catiónico, tras el engrase principal, emulgentes catiónicos o aceites emulsionados con tensioactivos catiónicos, reforzando el engrase principal. Para evitar precipitaciones de grasa sobre la superficie hay que acidificar bien el baño de engrase aniónico para que esté bien agotado antes de añadir el engrasante catiónico. Se obtienen tinturas brillantes ya que los restos de Más información/More info/Plus d'informations [email protected] colorantes ácido que quedan en el baño se fijan superficialmente. Interesante para la fabricación de ante y serraje. Tensioactivos anfóteros Como sabemos tienen una estructura ambivalente. La molécula contiene al mismo tiempo grupos aniónicos y catiónicos siendo sus emulsiones estables a ambos lados del punto isoeléctrico del emulsionante. Se aconseja normalmente un uso moderado ya que son productos poco solubles y corremos el peligro de obtener cueros demasiado hidrofugados desde el punto de vista del acabado posterior. Como conclusión se puede afirmar que los tensioactivos han dejado de ser productos auxiliares para pasar a ser componentes fundamentales de los procesos de fabricación del cuero, principalmente en los procesos de engrase y desengrase. Se ha llegado a la situación de encontrar engrasantes donde su estructura química es la de un tensioactivo. Estas sustancias tensioactivas nos permiten obtener tactos y blanduras requeridas así como las propiedades físicas requeridas en la fabricación de cueros actualmente. 4.3.12.3) Posibles alternativas al uso de tensioactivos 30 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. 4.3.12.4) Consideraciones ante la fabricación de cueros hidrofugados 5) Fundamentos hidrofugación Es el producto clave para la producción de cueros hidrofugados ya que es común en todos los productos hidrofugantes. Es importante comprender como funciona. de 5.1) Hidrofugación y tensioactivos. ¿Una contradicción? Cuando las moléculas de tensioactivos son adsorbidas en una superficie, entonces es la parte oleófila o la parte hidrófila de la molécula la que se dirige hacia la superficie. Depende de la parte de la molécula que se dirige a la superficie el que ésta sea fácilmente humectable o fuertemente repelente al agua. (01.010) Un trabajo muy interesante lo realizaron Heyden, Plapper y Sauerwein quienes emplearon alquilbencenosulfonato sódico y dodecilsulfato sódico (marcados radiactivamente con S35) en cantidades de 0,5 g./l. en el baño de remojo y siguieron el destino de los tensioactivos (absorbido por la piel en el remojo) en subsiguientes fases de fabricación. En el remojo se absorbieron cantidades de tensioactivos del orden del 2030% de las cantidades ofrecidas, pero, tal y como era de esperar, una gran parte de las cantidades absorbidas fueron cedidas en el apelambrado alcalino. Otras cantidades considerables fueron cedidas en los lavados posteriores. La menor cesión de humectantes absorbidos se produce en los tratamientos en medio ácido. El cuero terminado contenía solamente un 3% del dodecilsulfato originalmente empleado en el remojo y un 0,3% del alquilbenceno sulfonato. En el estudio de las 30 – 50 capas horizontales cortadas del cuero se vio que la cantidad más importante del tensioactivo se deposita en el lado flor, preferentemente justo debajo de la capa de flor, aproximadamente a la altura de las raíces del pelo. Este emulsionante es un derivado de la sarcosina (COOH- CH2NHCH3) en combinación con ácidos grasos modificados. Debe poder emulsionar aceites neutros, ceras y aceites de silicona y llevarlos hasta el interior de la piel. Una vez dentro de la piel, la propiedad emulsionante del producto será destruida por la acción de una sal metálica trivalente. El cromo es el producto más utilizado así como el más eficaz. Indudablemente, el que haya una adsorción preferente sobre el lado flor se debe a que en esta zona las fibras de colágeno son más finas y con ello la zona ofrece una mayor superficie. 5.1.1) Como compatibilizarlos. Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 31 Teoría sobre los tensioactivos Los tensioactivos y su influencia en la fase húmeda de la fabricación del cuero vacuno. Glosario (1) Elución: Procedimiento de separar con disolventes adecuados los sólidos adsorbidos. (2) Aducto: Producto de adición estable que se produce al hacer reaccionar dos moléculas orgánicas adecuadas. (3) Coalescencia: Reunión de gotas en una emulsión. (4) Reflectancia: (5) Impedimento estérico: Debilitación de la actividad de los reactivos de una función química orgánica cuando el grupo funcional que ha de reaccionar está sometido múltiples sustituciones realizadas en los grupos inmediatos; los sustituyentes estorban la llegada del reactivo al grupo funcional. Bibliografía 1) Tensioactivos en la fabricación de curtidos. Heyden, Dr. R. Capítulo de la obra de K. Linder “Tenside –Textilhilfsmitzel- Waschrohstoffe”. Tomo III, pag. 2888-2955, Stuttgart (1971). 2) Agentes tensioactivos “ATA” o surfactantes “S” y su aplicación industrial. 3) Diccionario terminológico de química. Barceló, J.R. Ed. Alhambra. 1982. 4) Surfactantes. Tipos y usos. Salager, Jean Louis. Universidad de los Andes. 2002. 5) Surfactantes. Generalidadesmaterias primas. Salager, Jean Louis y Fernández, Álvaro. Universidad de los Andes. 004). 6) Tensión interfacial. Antón, Raquel E. Univ. de los Andes. 2005. 7) Tensioactivos. Tecnología farmacéutica III. Bernard Bernard, Mª Josefa. 8) Empleo de Tensioactivos en el engrase del cuero. Segura R. Henkel/Pulkra, S.A. Barcelona. 9) El mundo de los surfactantes. Salager, Jean-Louis. Cátedra Hans Neumann de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de los Andes. 1992. 10) Emulsiones. Propiedades y formulación. Salager, Jean-Louis. Laboratorio de fenómenos interfaciales y recuperación del petróleo. Universidad de los Andes. Venezuela. 1993. 11) Química técnica de tenería. Adzet Adzet, José María y otros. Igualada 1985. Advertencia Si has utilizado el contenido de este trabajo, por favor, no olvides citar la fuente: www.indigoquimica.es Más información/More info/Plus d'informations [email protected] 32 Leader in leather Polígono Industrial La Hoya C/ Embalse de Valdeinfierno, 5 30816 Lorca (Murcia) Spain Teléfono: +34 968 460 461 Fax: +34 968 442 835 e-mail: [email protected] www.indigoquimica.es