3er parcial surfactantes produ iv
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8/16/2019 3er Parcial Surfactantes Produ IV
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INFORME DE PRODUCCION IV SURFACTANTES
Los surfactantes son agentes químicos "activos en superficie" (su nombre es un
acrónimo inglés: "surfactant", desurf ace
, superficie;act ive
, activo, y-ant
, -ante;cuando los surfactantes se disuelven en agua se concentran en interfases, como
agua-aire o agua-aceite, y a!í eercen diversas funciones: !umedecen, emulsifican,
dispersan y solubili#an; favorecen o impiden la formación de espuma; son
antiest$ticos y lubricantes; también dan brillo y afectan a ciertas propiedades
reológicas%
Los surfactantes son generalmente compuestos org$nicos anfifílicos que en medios
acuosos migran !acia las superficies acuosas para que su componente !idrosoluble
permane#ca en la fase acuosa y el !idrófobo quede fuera de esa fase% &ste
organi#ación y agregación de las moléculas de surfactante en las interfases agua-
aire o agua-aceite afecta a las propiedades de estas superficies%
La cabe#a del anfífilo es la parte !idrófila y define el tipo de surfactante porque puede
ser:
• 'o iónica
(sin carga en los surfactantes no iónicos%
• ónica
)on carga negativa, en surfactantes aniónicos%
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)on carga positiva, en surfactantes catiónicos%
)on carga tanto positiva como negativa, en surfactanes o anfóteros%
La cola de los surfactantes es la parte !idrófoba y puede ser:
*na cadena !idrocarbonada (p%e%, !idrocarburos arom$ticos, alcanos,
alquenos, cicloalcanos% *na cadena alquil éter:
&to+i (que aumenta el car$cter !idrófilo del surfactante
ropo+i (que incrementa el car$cter lipófilo del surfactante
*na cadena fluorocarbonada%
*na cadena de silo+ano%
&n la actualidad se est$n desarrollando estructuras de surfactantes con dos grupos
!idrófilos y dos lipófilos en la misma molécula; estas estructuras se conocencomo surfactantes diméricos o "emini" y suponen la ventaa de tener mayor
actividad a concentraciones m$s baas que los surfactantes !abituales no diméricos%
or sus propiedades, los surfactantes se encuentran en numerosos productos:
detergentes, pinturas, ad!esivos, cosméticos y en torno a ellos !ay muc!as
ramificaciones industriales, pero no todos los surfactantes son productos industriales%
.ay surfactantes naturales como las saponinas, que son productos vegetales;
la lecitina, utili#ada en la industria alimentaria como emulsificante; o los $cidosbiliares y el surfactante pulmonar que tienen importantes funciones fisiológicas%
Los surfactantes reducen la tensión superficial del agua, lo que permite que ésta se
pueda e+tender y !umedecer distintos tipos de superficies, algo muy /til en
el proceso de lavado% ara lavar a0adimos surfactantes, abones o detergentes,
porque el agua sola no elimina la suciedad de las prendas% La parte !idrófoba de las
moléculas de abón y detergente es atraída por los componentes grasos de la
suciedad de la prenda mientras que su parte !idrófila interacciona con el agua; estasfuer#as opuestas !acen que esa suciedad se desprenda de la ropa y pase al medio
acuoso quedando incorporada en el interior de las micelas que forman los
componentes anfifílicos de los surfactantes% 1e origina entonces una emulsión de
grasa2aceite en agua y con el aclarado esa emulsión, con la suciedad
incorporada, se elimina% 3esumiendo, los surfactantes limpian al actuar como
http://biomodel.uah.es/model2/lip/surfac-lung.htmhttp://biomodel.uah.es/model2/lip/surfac-lung.htm
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emulsificantes permitiendo que aceite y agua se me#clen para eliminar los
componentes grasos de las manc!as% 4ue el agua esté templada o caliente también
ayuda a liberar m$s suciedad de las prendas e igual ocurre con la agitación
mec$nica% La eficacia del lavado requiere, por tanto, de un equilibrio entre la energía
química que proporcionan el abón o el detergente (m$s otros posibles
componentes, la energía térmica (temperatura del agua y la energía mec$nica
(movimiento de la lavadora o del lavado a mano%
Tensioactivos y surfactantes
5el !ec!o de su doble afinidad, la molécula de anfífilo "no se siente bien" en el seno
de un solvente, sea este apolar o polar, puesto que e+istir$ siempre una interacción
que no ser$ satisfec!a% &s por esto que las moléculas de anfífilo muestran una fuertetendencia a migrar a las interfases, de forma tal, que su grupo polar se encuentre
dentro del agua y su grupo apolar se encuentre orientado !acia un solvente org$nico
o en la superficie% &n lo que sigue se llamar$ superficie el límite entre una fase
condensada y una fase gaseosa e interfase el límite entre dos fases condensadas%
&sta diferenciación es cómoda, pero no indispensable, y e+isten te+tos donde no se
reali#a% Los ingleses utili#an la palabra "surfactante" (agente activo de superficie
para denotar una sustancia que posee una actividad superficial o interfacial% &s
necesario !acer resaltar que todos los anfífilos no poseen tal actividad, para que esto
suceda es necesario que la molécula posea propiedades relativamente equilibradas,
quiere decir, que no sea ni demasiado !idrófila ni demasiado !idrófoba% La palabra
"surfactant" no tiene una traducción e+acta en espa0ol, lengua en la cual se usa el
término genérico de "tensoactivo", que se refiere a una actividad o a una acción
sobre la tensión superficial o interfacial, es decir sobre la energía libre de ibbs% &ste
término es equivalente a surfactante solo si se supone que la actividad superficial o
interfacial se traduce necesariamente por un descenso de la tensión, lo cual es
verdad en la mayor parte de los casos que tienen un interés pr$ctico% *saremos el
neologismo "surfactante" &n general, el término tensoactivo se refiere a una
propiedad de la sustancia% Los anfífilos tiene muc!as otras propiedades y se les
califica seg/n las aplicaciones: abones, detergentes, dispersantes, emulsionantes,
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espumantes, bactericida, in!ibidores de corrosión, antiest$tico, etc% o dentro de las
estructuras de tipo: membrana, microemulsión, cristal líquido, liposomas o gel%
Clasificación e los surfactantes
5esde el punto de vista comercial los surfactantes se clasifican seg/n su aplicación%
1in embargo se observa que muc!os surfactantes son susceptibles de ser utili#ados
en aplicaciones diferentes, lo que provoca confusiones% or tanto, se prefiere,
clasificarlos de acuerdo a la estructura de su molécula, o m$s e+actamente seg/n la
forma de disociación en el agua%
Los surfactantes aniónicos se disocian en un anión anfífilo y un catión, el cual es en
general un metal alcalino o un amonio cuaternario% 6 este tipo pertenecen los
detergentes sintéticos como los alquil benceno sulfonatos, los abones (sales de
sodio de $cidos grasos, los agentes espumantes como el lauril sulfato, los
!umectantes del tipo sulfosuccinato, los dispersantes del tipo lignosulfonatos, etc%
La producción de los surfactantes aniónicos representa alrededor del 778 de los
surfactantes producidos anualmente en el mundo% Los surfactantes noiónicos est$n
en el segundo rango por orden de importancia con un poco menos del 98 del total%
&n solución acuosa no se ioni#an, puesto que ellos poseen grupos !idrófilos del tipo
alco!ol, fenol, éter o amida% *na alta proporción de estos surfactantes pueden
tornarse relativamente !idrofílicos gracias a la presencia de una cadena poliéter del
tipo polió+ido de etileno% &l grupo !idrófobo es generalmente un radical alquilo o
alquil benceno y a veces una estructura de origen natural como un $cido graso,
sobre todo cuando se requiere una baa to+icidad% Los surfactantes catiónicos se
disocian en solución acuosa en un catión org$nico anfífilo y un anión generalmente
del tipo !alogenuro% La gran mayoría de estos surfactantes son compuestos
nitrogenados del tipo sal de amina grasa o de amonio cuaternario% La fabricación deestos surfactantes es muc!o m$s cara que la de los anteriores y es por esta ra#ón
que no se les utili#an salvo en caso de aplicación particular, como cuando se !ace
uso de sus propiedades bactericidas o de su facilidad de adsorción sobre sustratos
biológicos o inertes que poseen una carga negativa%
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&sta /ltima propiedad !ace que sean e+celentes agentes antiest$ticos,
!idrofobantes, así como in!ibidores de corrosión, y puedan ser utili#ados tanto en
productos industriales como para uso doméstico%
Fór!ulas esarrollaas e al"unos surfactantes corrientes
La combinación dentro de una misma molécula de dos caracteres:
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aniónico y catiónico producen un surfactante llamado anfótero, como por eemplo los
amino$cidos, las betaínas o los fosfolípidos; ciertos anfóteros son insensibles al p.,
otros son de tipo catiónico a p. $cido y de tipo aniónico a p. alto%
Los anfóteros son en general tan caros como los catiónicos y por esta ra#ón suutili#ación se reduce a aplicaciones particulares% .ace unos veinte a0os surgieron los
surfactantes poliméricos; estos son producidos asociando estructuras polimeri#adas
de tipo !idrofílico o lipofílico, en forma de bloques o de inertos% )iertos de estos
surfactantes son indispensables en procesos donde est$n involucrados
macromoléculas naturales como en la des!idratación de petróleo%
Proucción y usos
La producción mundial de abones, detergentes y otros surfactantes era del orden de
< =t (millones de toneladas en >? y de @7 =t en >9 la producción de surfactantes (,A =t se limitaba,
esencialmente, a los abones (sales de $cidos grasos producidos seg/n una
tecnología muy antígua% 6l final de la segunda guerra mundial se consiguen en el
mercado olefinas cortas, en particular propileno, que se obtienen como sub-producto
del cracBing catalítico y que no tenían en aquel entonces aplicación como el etileno%
&l bao costo de esta materia prima permite sustituir $cidos grasos por radicales
alquilo sintéticos% 6sí nacen los detergentes sintéticos del tipo alquil benceno
sulfonato que poco a poco reempla#ar$n los abones para m$quinas de lavar y en
otras aplicaciones domésticas% &l desarrollo del vapocraqueo en los a0os 7 para
fabricar etileno como materia prima para polímeros diversos, !a permitido también la
aparición en el mercado de surfactantes noiónicos en los cuales el grupo !idrofílico
es una cadena poliéter formada por policondensación de ó+ido de etileno%
&n >A7 las nuevas leyes de protección del ambiente limitan la utili#ación de los
alquilatos de polipropileno en la fabricación de los detergentes sintéticos, tanto en los
&stados *nidos como en &uropa% Los productores de surfactantes deben por tanto
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utili#ar materias primas un poco m$s costosas como los alquilatos lineales; como
consecuencia los alquil benceno sulfonatos siguen siendo los surfactantes m$s
baratos del mercado pero la diferencia del costo con los otros surfactantes se reduce%
&sta situación favorece por tanto el desarrollo de nuevos productos% &n los a0os
siguientes se observa una proliferación de nuevas fórmulas de todo tipo y una gran
diversificación en los usos industrial y doméstico% La producción de abones dea de
decrecer y su uso dentro de productos industriales o productos cosméticos no
medicinal aumenta r$pidamente%
Los surfactantes catiónicos y anfóteros aparecen en el mercado, pero su utili#ación
est$ limitada a aplicaciones particulares por su alto costo%
.ace unos die# a0os el mercado se !a estabili#ado y se reparte de la manerasiguiente:
Los surfactantes poliméricos no se reportan en general como surfactantes y por lo
tanto no entran dentro de las estadísticas correspondientes% 1e puede estimar que
representan un @8 del total, limit$ndose a las resinas sulfonadas o eto+iladas y a los
copolímeros bloque de ó+ido de etileno o de ó+ido de propileno% 1i se toman en
cuenta los polímeros !idrofílicos de tipo carbo+imetilcelulosa y otros polisac$ridos, se
obtendría una cifra m$s elevada, pero estos /ltimos, en general, no se utili#an por
sus propiedades surfactantes, sino como aditivos en formulaciones diferentes%
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Materias #ri!as #ara surfactantes
.oy el mercado de surfactantes presenta una gran variedad tanto desde el punto de
vista de la estructura química de las moléculas como de su costo% Las materias
primas utili#adas en su fabricación tienen orígenes diversos y su transformaciónpuede seguir un camino simple o compleo dependiendo del caso%
)on e+cepción de los aceites de resinas ("tall oil","rosin oil" ninguna materia prima
depende significativamente del mercado de surfactantes; en efecto, la industria de
surfactantes no utili#a en ning/n caso m$s del 8 de la producción mundial de una
materia prima o de un intermediario químico% or ra#ones de comodidad se clasifican
las materias primas para la fabricación de surfactantes seg/n su origen (natural, o
sintético a partir de un corte petrolero%
&sta clasificación corresponde también al orden cronológico% &n lo que sigue se
tratar$n solamente las materias primas de origen org$nico, es decir, las utili#adas
para obtener la parte !idrófoba o lipofílica de los surfactantes, y también el ó+ido de
etileno% Las otras materias primas utili#adas para obtener los grupos !idrofílicos
(compuestos del nitrógeno, o+ígeno, a#ufre ó fósforo son productos químicos
corrientes y su producción no tiene esencialmente nada que ver con la industria de
surfactantes%
Aceites y "rasas naturales$
Tri"lic%rios
La gran mayoría de los aceites y grasas naturales animales y vegetales son
triglicéridos, es decir, triésteres del glicerol (glicerina o propano triol y $cidos grasos%
or eemplo:
&'oleo'#al!ito'estear(na
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Otras sustancias naturales
aceites e)tra(os e la !aera
Las esencias e+traídas de ciertas coníferas como el pino contiene ésteres del glicerol
(ó de otros alco!oles y $cidos carbo+ílicos% 1e les llama corrientemente $cidos de
aceite de pino o resina, en inglés "rosin oil" o "tall oil"; la palabra "tall" equivale a pino
en sueco% 5urante el pulpae de la madera los ésteres son !idroli#ados y los $cidos
liberados% Cípicamente se obtiene 78 de $cidos grasos y 78 de otros $cidos
carbo+ílicos como el $cido abiético y sus derivados saturados%
Acio a*ietico
+i"nina y erivaos
La lignina representa alrededor del D8 de la materia prima no petrolera para la
fabricación de surfactantes% La lignina es un polímero tridimensional del grupo 9-
!idro+i-9- meto+i-fenil-propano que alcan#a pesos moleculares elevados (7%-
%% muestra una posibles estructura% 5urante el proceso del pulpae de la
madera la lignina se solubili#a en forma de sulfonatos u otros derivados con car$cter
surfactante%
Materia #ri!a e ori"en #etrolero
&n ra#ón del aumento considerable en la producción de surfactantes después de la
segunda guerra mundial, particularmente los detergentes, se busca utili#ar materias
primas petroleras, las cuales son en general m$s baratas que los productos
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naturales% ara formar un grupo lipofílico adecuado, se necesita una cadena
!idrocarbonada que posea entre @ y < $tomos de carbono% 1e encuentra este tipo
de sustancia en los cortes ligeros de destilación atmosférica y en el craqueo catalítico
y se puede producir, también, por di o trimeri#ación de olefinas en )D ó )9% @%D%
6L4*L6CE 636 6L4*L F&')&'E1 5espués de la segunda guerra mundial se
desarrollaron los procesos de craqueo catalítico con el fin de aumentar la producción
de gasolina de alto octanae% &stos procesos produci$n olefinas cortas (en particular
propileno las cuales no tenían una utilidad en ese momento% *na forma de utili#arlas
es producir polímeros cortos de D o 9 eslabones para obtener alfa olefinas en )@,
)7 o )
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Surfactantes noionicos
Princi#ales ti#os e surfactantes noionicos
5urante los /ltimos D a0os, los surfactantes noiónicos !an alcan#ado cada día
mayor importancia, !asta representar !oy m$s del @78 de la producción total de
surfactantes% &stos surfactantes noiónicos no producen iones en solución acuosa y
por este !ec!o son compatibles con cualquier otro tipo; es por esto que son
e+celentes candidatos para formulaciones compleas que se consiguen a menudo en
aplicaciones pr$cticas%
or otra parte estos surfactantes son menos sensibles a los electrolitos,
especialmente a los cationes divalentes, que los aniónicos, y pueden por lo tanto ser
utili#ados en presencia de una salinidad alta% Los surfactante noiónicos son buenos
detergentes, !umectantes y emulsionantes% 6lgunos poseen e+celentes propiedades
espumantes% 6lgunos presentan un muy bao nivel de to+icidad y se utili#an en la
fabricación de f$rmacos, cosméticos y alimentos%
.oy se consiguen surfactantes noiónicos en una gran cantidad de productos de uso
doméstico e industrial, condicionados bao forma de polvo ó líquidos% &+isten
numerosos tipos, sin embargo el mercado lo dominan los productos eto+ilados,
aquellos donde el grupo !idrofílico es una cadena poli-ó+ido de etileno fiada por la
función !idro+ilo o amina%
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.i*lio"rafia
H%L% 16L6&3 surfactantes