UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLN

Fisicoquimica de Superficies y Coloides

FENOMENO DE DETERGENCIA

Alumno:

Uribe Blancas David

Profesora:

Mara del Rosario

Grupo: 2501

Fecha de Entrega: 11 de Mayo 2015

1. PROBLEMA GENERAL DE LA DETERGENCIA

1.1. Definiciones

En trminos generales un detergente es un producto que posee un poder limpiador de una superficie. Los detergentes, tanto en polvo como lquidos, de uso domstico o industrial, son formulaciones complejas en las cuales un surfactante (o una mezcla de surfactantes) juega un papel determinante en la combinacin de efectos que se desean: mojabilidad, descenso de la tensin interfacial, adsorcin en las interfases lquido-lquido y slido-lquido, solubilizacin y emulsionacin.

La detergencia se refiere al proceso de limpieza de una superficie slida o de una estructura fibrosa mediante un bao lquido, en el cual la accin limpiadora del solvente est considerablemente aumentada por procesos fsico-qumicos atribuible al surfactante y dems componentes del detergente.

Se denomina generalmente sucio los materiales indeseables que llegan a acumularse en la superficie de un slido o en la trama fibrosa de un textil. Existen esencialmente dos tipos de sucio. El primero es de carcter grasoso y puede considerarse como aceite o grasa, y proviene de origen animal, vegetal o industrial. El segundo tipo es el sucio slido en forma de partculas solubles o no en agua.

Se denomina generalmente mancha un depsito de material extrao localizado en un sitio, a menudo de color diferente al sustrato, que puede tener un carcter de sucio lquido o slido, o adherir al sustrato mediante enlaces qumicos (colorantes, xidos).

En muchos casos, particularmente en lo que trata de los sucios domsticos, se observa una combinacin de los diferentes tipos: grasoso, slidos solubles, partculas insolubles.

1.2. Sucios slidos hidrosolubles

La secrecin de sudor es el proceso termoregulador del cuerpo humano y vara considerablemente segn el tipo de actividad fsica. Las glndulas secretan un tipo de sudor particular a nivel de los poros sebceos pilosos cuyo papel principal es el de emulsionar las secreciones sebceas y facilitar su accin lubricarte.

Globalmente el sudor contiene tpicamente 1% de slidos disueltos o suspendidos en solucin coloidal. La mitad de estos slidos son sales inorgnicas, principalmente cloruro de sodio (50%), iones calcio, magnesio, hierro, potasio, yodo y azufre. El material orgnico contiene rea (50%), protenas, carbohidratos, amoniaco y aminocidos.

Los sucios industriales slidos hidrosolubles varan considerablemente con la naturaleza de la industria.

1.3. Sucios de partculas slidas

Las partculas slidas presentes en la ropa sucia pueden ser de origen orgnico (finas escamas de piel, protenas, residuos vegetales o animales) o inorgnica (arcillas, partculas de humo, carbn, xidos, cenizas).

Las partculas orgnicas pueden adherirse sobre un sustrato orgnico (fibra) por enlaces de tipo qumico, mientras que las partculas inorgnicas coloidales presentan a menudo una geometra muy compleja que favorece un atrapamiento fsico, particularmente sobre en sustrato grasoso. A menudo intervienen tambin fuerzas electrostticas de atraccin.

La deposicin de partculas de sucio en ambientes industriales est favorecida por la presencia de superficies porosas o rugosas (corrosin) o de pelculas grasosas.

En ciertos casos el sucio puede formar una costra slida (escama) depositada por insolubilizacin (carbonato de calcio), condensacin (calamina), o reaccin qumica (calcinacin). En estos casos la accin detergente debe acompaarse por un proceso mecnico de abrasin o de un proceso qumico de disolucin.

1.4. Sustratos

Los sustratos pueden clasificarse segn su naturaleza qumica (superficie de alta o baja energa) que determina sus caractersticas elctricas (doble capa) y su mojabilidad, pero tambin segn su estructura geomtrica (poros, fibras, rea especifica) que influye sobre ciertos aspectos fsicos del proceso de remocin del sucio (agitacin).

1.5. Retencin del sucio

Los sucios lquidos, especialmente los aceitosos, pueden estar retenidos por fuerzas capilares, mientras que los sucios slidos pueden estar retenidos por simples razones geomtricas. Para completar los fenmenos fsicos que originan la retencin se debe tambin citar las fuerzas electrostaticas, aunque no tienen en general mucha importancia en un medio acuoso.

La retencin tanto de los lquidos como de los slidos se debe principalmente a las fuerzas de adhesin de Van der Waals tanto de tipo polar como apolar. Tales fuerzas tienen mayor intensidad cuando las estructuras del sustrato y del sucio coinciden; por lo tanto los sucios apolares (hidrocarburos, aceites) se adhieren ms en las sustratos hidrofbicos (polister, polietileno) que en los sustratos hidroflicos (algodn, vidrio) y vice versa para los sucios polares (cidos grasos, arcillas).

Finalmente ciertos sucios polares pueden producir manchas de difcil remocin sobre sustratos polares, mediante una adhesin por puente hidrgeno.

2. REMOCION DE SUCIO ORGANICO LIQUIDO

La remocin de sucio orgnico lquido de un sustrato involucra varios mecanismos que actan en forma separada o concurrente: cambio de mojabilidad, solubilizacin, emulsionacin. A continuacin se empieza por repasar los conceptos elementales acerca de la mojabilidad.

2.1. Mojabilidad de una superficie

Cuando una gota de lquido W (agua) se coloca sobre un sustrato slido S (fibra, etc...) en el aire A, la gota se expande hasta tanto el contacto trifsico SWA presente un equilibrio entre los diferentes fuerzas de tensin (vase Fig. 1).

El balance vectorial de las fuerzas de tensin

12 + 23 + 13 = 0

se escribe segn la llamada ecuacin de Neumann, en proyeccin sobre la normal a la interfase

SW. El ngulo de contacto a se mide dentro de la fase condensada

SA = SW + WA cos 0 < < 180

Figura 1. Tensiones involucradas en un equilibrio trifsico sobre un plano.

Sustrato (S), agua (W), aceite (O)

La fuerza de tensin entre W y A representa la tensin superficial, mientras que los trminos para las interfases que involucran el slido son las energas libres interfaciales, las cuales no pueden medirse directamente.

Cuando menor el ngulo , mayor la mojabilidad del slido S por el lquido W. Si

tiende a cero la gota se extiende completamente, lo que ocurre cuando:

SA > WA + SW

Tal condicin de extensin puede satisfacerse eventualmente al disminuir la tensin interfacial entre W y A, lo cual produce siempre un aumento de la mojabilidad (descenso de ) ya que:

cos = (SA- Sw )/ WA

En el otro caso extremo el ngulo de contacto llega a ser igual a 180, y la gota es entonces tangente a la superficie, es decir que no la moja.

Al despegar un rea unitaria de la interfase SW, es decir al separar S de W, se forman dos

nuevas interfases de rea unitaria entre S y A de una parte, y W y A de otra parte. Cada una de las energas involucradas corresponde al producto de la tensin por el rea. El trabajo de adhesin se define como la diferencia entre las energas despus y antes de la separacin de un rea unitaria (Ecuacin de Dupr):

WSW = SA + WA - Sw

Combinando con la ecuacin de Neumann, se obtiene la llamada ecuacin de Young.

WSW = WA (1 + cos )

2.2. Mecanismo de "cambio de mojabilidad"

En un caso tpico de lavado el sustrato (S) est recubierto parcialmente por un sucio orgnico lquido de tipo grasoso (O), y el conjunto baa en una fase acuosa (W). En tales circunstancias se encuentra una analoga formal con el caso anterior (vase Figura 2).

Figura 2. Angulos de contacto en un equilibrio trifsico sobre un plano.

Sustrato (S), agua (W), aceite (O)

En el caso de la Figura 2, el ngulo de contacto corresponde al ngulo de contacto entre O y S y se llama en forma general OS. De igual forma se podra definir el ngulo de contacto entre W y S como el ngulo suplementario WS = 180 - OS. En el caso de la figura OS < 90 y el sustrato es preferiblemente mojado por la fase orgnica.

La ecuacin de Neumann puede escribirse de dos formas:

cos OS = (SW - SO ) / OW

cos WS = (SO - SW ) / OW

Al introducir un surfactante en la fase acuosa pueden producirse varios cambios. La mayora de los detergentes utilizados son muy poco solubles en la fase orgnica y por lo tanto la tensin OS no est afectada. Por el contrario el surfactante se adsorbe en las interfases SW y OW y reduce ambas tensiones interfaciales. En consecuencia cos 8Ws tiende a aumentar, es decir que el ngulo WS disminuye o que la mojabilidad al agua aumenta.

Esta situacin llamada cambio de mojabilidad produce como efecto un encogimiento de la gota sobre si-misma, denominado "rolling-up" en ingles (vase Fig. 3).

Figura 3. Encogimiento de una gota de sucio orgnico (O) por aumento de la mojabilidad del sustrato (S)

por la fase acuosa (W) mediante adicin de surfactante.

Cuando la mojabilidad del sustrato por la solucin acuosa de surfactante es casi completa (WS casi 0) la gota de sucio orgnico puede desprenderse fcilmente del sustrato bien sea por la fuerza de Arqumedes, bien sea por las fuerzas de cizallamiento producidas por la agitacin mecnica del lquido W. Al desprenderse la gota, puede despegarse completamente (snap off en ingls), romperse en varias gotas, y eventualmente dejar un resduo de sucio sobre el sustrato.

La eficiencia del mecanismo de cambio de mojabilidad puede discutirse con las ecuaciones de Dupr y de Young, en funcin de la afinidad relativa del sucio orgnico por el sustrato, y de la disminucin de tensin entre la fase orgnica y la fase acuosa.

WSO = (1+ cos OS) WO

WSO = WO + SW - OS

El trabajo de adhesin WSO es una medida relativa de la afinidad de la fase orgnica para el sustrato respecto a la afinidad de la fase acuosa para el sustrato WSO disminuye cuando la polaridad del sustrato aumenta como por ejemplo en la serie: polietileno, cloruro de polivinilo, poliacrilonitrilo, poliamida. Para una misma solucin detergente, una disminucin de WSO resulta en una disminucin de cos OS es decir en un aumento de OS o en un aumento de la mojabilidad al agua. De igual forma, la ecuacin de Dupr indica que una disminucin de WSO resulta en una disminucin de SW y un aumento de SO.

Para un sustrato dado, la introduccin de un surfactante reduce a la vez ambos trminos cos OS y WO, lo que resulta en una disminucin de WSO.

El cambio de mojabilidad es probablemente el prinicpal mecanismo de remocin de sucio orgnico lquido de un sustrato, pero existen otros.

2.3. Solubilizacin

En solucin acuosa las molculas de surfactantes forman agregados llamados micelas (vase Cuaderno S201A). Las micelas pueden solubilizar molculas orgnicas de varias formas (vase Fig. 4). Las sustancias de tipo hidrocarburos, y en general las sustancias netamente apolares, estn solubilizadas en el interior o corazn de las micelas, el cual est constituido por las partes lipoflicas de las molculas de surfactante

En cuanto a las molculas orgnicas con cierto carcter polar (cidos, alcoholes) se solubilizan en la superficie de la micela mediante un proceso conocido como comicelizacin.

Si tal solubilizacin fuera el mecanismo principal de la detergencia, se debera observar un aumento del poder detergente con el nmero de micelas, y por otra parte no ocurrira detergencia alguna a concentracin de surfactante inferior a la concentracin micelar crtica (CMC). Sin embargo no es as. En efecto se observa que el poder detergente aumenta con la concentracin del surfactante hasta que este alcance la CMC; encima de la CMC el poder detergente es en general independiente de la concentracin del surfactante. Tal observacin indica que la accin detergente se debe a las molculas no micelizadas del surfactante, es decir a la actividad interfacial (adsorcin y cambio de mojabilidad del sustrato, disminucin de la tensin) y no a la presencia de micela.

Figura 4. Varios tipos de solubilizacin micelar en agua

(a) de sustancia apolar, hidrocarburo, aceite

(b) comicelizacion de un anffilo, alcohol, amina

(c) de un solido insoluble en ambas fases, talco, arcilla (d) de sustancias polares en cadenas poli-xido de etileno

Por lo tanto el mecanismo de solubilizacin es probablemente poco importante en general. Sin embargo existe una excepcin, que corresponde a la formacin de cristales lquidos o mesofases. En estas circunstancias, el tamao de las micelas puede crecer descomunadamente (hasta 0,1 m) y se pueden formar geles o cristales lquidos ,los cuales incorporan una considerable cantidad de fase acuosa y de fase orgnica. Un caso extremo de tales mesofases son las microemulsiones.

La formacin de tales estructuras est favorecidas por todos los factores que tienden a

producir un aumento del tamao micelar (o una disminucin de la CMC) tales como electrolitos,

acercamiento al punto de turbidez para los surfactantes noinicos, etc... Tales mesfases se producen siempre y cuando las afinidades del surfactante para las fases orgnica y acuosa estn cerca del equilibrio, es decir cerca de la formulacin ptima. Sin embargo eso no es la situacin normal de uso de los detergentes comerciales, los cuales son el general netamente hidroflicos.

2.4. Emulsionacin espontnea

En ciertos casos se ha observado que se pueden formar gotas de fase acuosa en el interior de las gotas de fase orgnica. Esto implica una transferencia de masa por difusin a travs de la fase orgnica, lo que puede resultar en un fenmeno de emulsionacin espontnea.

Eso puede producirse tambin cuando el agente surfactante se forma in-situ en la interfase por reaccin de una fase acuosa alcalina con cidos grasos libres de la fase orgnica.

Tal mecanismo no parece sin embargo tener una importancia sino en algunos casos particulares.

3. REMOCION DE SUCIO SOLIDO (PARTICULAS)

El mecanismo de remocin de partculas de sucio slido de un sustrato difiere completamente de aquel visto para el sucio lquido. La retencin de las partculas de sucio proviene de la combinacin de las fuerzas de atraccin de Van der Waals y de las fuerzas elctricas de repulsin; este problema est intimamente relacionado con aquel de la floculacin y de la coagulacin de coloides hidrofbicos, eventualmente con correcciones para tener en cuenta la hidratacin de los sustratos celulsicos hidroflicos o de partculas hidroflicas como arcillas o slice.

3.1. Bases de la teora de DLVO

La teora de floculacin y coagulacin de los coloides hidrofbicos fue desarrollados por varios investigadores, especficamente Derjaguin, Landau, Verwey y Overbeek, de donde su nombre DLVO. Se basa sobre una expresin de la energa potencial en funcin de la distancia entre superficies, en la cual se combinan las fuerzas atractivas de London Van der Waals y las fuerzas repulsivas de carcter electrosttico.

La energa potencial total de interaccin V se escribe como la suma de las energas potencial de atraccin VA y de repulsin VR.

Tpicamente VA es inversamente proporcional a la distancia d entre las superficies slidas

(sustrato-partcula) y es negativo.

VA = - A/d

Donde A es la llamada constante de Hamaker, que debe corregirse si el medio dispersante es un lquido. La energa potencial de repulsin depende de la dimensin y de la forma de las partculas, del potencial de la superficie (zeta), de la fuerza inica y de la constante dielctrica del .medio dispersante. Para el caso de una doble capa elctrica espesa, decrece exponencialmente con la distancia d.

VR = B e-kd

Estas expresiones son aproximadas o vlidas slo en caso particulares, pero son suficientes para la siguiente discusin. La suma V tiene uno de los aspectos tpicos iliustrados en la figura 5. La distancia d se toma como cero a la mnima distancia permitida por las fuerzas de repulsin estricas de Born (que varan de manera inversamente proporciona a la decima segunda potencia de d y que pueden resultar en una cierta deformacin).

Figura 5. Varios casos de energa potencial al acercarse dos partculas.

VR: energa potencial de repulsin (elctrica); VA energa potencial de atraccin (Van der Waals).

V energa potencial total en funcin de la distancia d.

En el caso (a) la energa potencial V decrece continuamente cuando d disminuye, y la coagulacin o adhesin es espontnea.

En el caso (b), que es el ms comn, existe un mximo de energa potencial llamado barrera energtica Vm que debe vencerse antes de llegar a la zona donde V decrece cuando d disminuye.

El caso (c) ocurre cuando el tamao de la partcula es mucho mayor que el espesor de la doble capa elctrica (1/). En este caso existe un mnimo secundario de energa potencial que corresponde al fenmeno llamado de floculacin para diferenciarlo de la coagulacin o adhesin. Puesto que este mnimo tiene un valor negativo en general pequeo y que corresponde a un valor relativamente grande de la distancia sustrato-partcula, no corresponde a un estado muy estable. Las partculas floculadas pueden en general deflocularse fcilmente mediante agitacin mecnica del fluido. Es el caso de partculas grandes (varios micras), particularmente de forma plana.

Cuando la concentracin de electrolito en la fase dispersante aumenta, la doble capa se comprime, la posicin del mximo de V en la fig. 5 (b) se desplaza para valores menores de d, la altura de la barrera disminuye, y finalmente se obtiene el tipo (a).

Una disminucin del potencial de superficie tiende a producir el mismo tipo de transicin pero con poco desplazamiento de la distancia a la cual se produce el mximo.

3.2. Efecto del surfactante

La presencia de surfactante puede modificar el potencial de superficie por adsorcin, modificar el valor de la constante de Hamaker, y afectar la fuerza inica del lquido dispersante (surfactante inico) y como consecuencia el espesor de la doble capa elctrica. Puesto que los surfactantes se usan en general a muy baja concentracin, slo el primer efecto puede ser significante.

Por ejemplo, la adicin de un surfactante catinico en un sistema en el cual ambos sustrato y partculas poseen una carga superficial negativa, tiende a disminuir el potencial superficial por adsorcin, hasta llegar al punto de carga cero en el cual el potencial zeta se anula. En este punto se observa un mximo de coagulacin. Si la adsorcin de surfactante catinico aumenta, el potencial superficial se torna positivo y aparece de nuevo una barrera energtica. Al aumentar la concentracin de surfactante catinico ms alfa del punto de carga cero se observa por lo tanto una menor coagulacin. Sin embargo esta tendencia est limitada por el aumento correspondiente de la fuerza inica de la fase dispersante (surfactante fnico) que tiende a reducir el espesor de la doble capa elctrica y por lo tanto producir el efecto inverso.

Otros efectos observados no pueden explicarse por la teora DLVO. La adsorcin del surfactante sobre el sustrato puede modificar el ngulo de contacto entre la solucin y el sustrato o las partculas, lo que pueda favorecer la floculacin o la flotacin. Por otra parte ciertos tipos de surfactantes de alto peso molecular pueden, al adsorberse, aadir una barrera de repulsin de tipo estrico que impide la coagulacin an en ausencia de repulsin electrosttica. Tal tipo de fenmeno se discutir ms adelante en la seccin sobre redeposicin.

3.3. Modelo energtico de remocin de partculas

Se puede ilustar las diferentes etapas involucradas en la remocin de una partcula slida de un sustrato, mediante el modelo simple de una partcula con superficie plana unitaria adherida al sustrato (vase Figura 6). Los trminos energticos correspondientes aparecen en la Figura 7.

En el estado inicial (a) la partcula adhiere a la superficie del sustrato y su energa potencial V(a) est dominada por el trmino de atraccin de Van der Waals.

En la primera etapa (a - b), una fina capa de fase dispersante (cuyo espesor se nota "e") penetra entre el sustrato y la partcula, resultando en el estado (b). El espesor "e" corresponde a una capa de solvatacin o de adsorcin de sustancia surfactante. En vista de la existencia de la distancia "e", se forman las dobles capas elctricas y existen ambos trminos VA y VR.

Luego en la segunda etapa (b - c) la partcula se aleja de la superficie a distancia suficien-

temente grande para que las fuerzas de atraccin de Van der Waals sean esencialmente nulas

Figura 6. Mecanismos de remocin de una partcula

Figura 7. Trminos de energa potencial involucrados en la remocin de una partcula de un sustrato

Para realizar un balance energtico es conveniente dividir la primera etapa en dos partes. La primera corresponde al alejamiento de P y S de la distancia "e" pero sin penetracin de la capa de fase dispersante entre S y P. En esta parte se debe realizar un cierto trabajo W contra las fuerzas de atraccin. En la segunda parte, el lquido penetra entre S y P y moja las dos superficies (de rea unitaria). En esta parte se recupera las energas superficiales JP(e) y JS(e). El trabajo a realizar es por lo tanto:

W1 JP(e) JS(e)

En la segunda etapa el trabajo a realizar corresponde a la diferencia de energa potencial entre d infinito (V = 0) y d = e (V = Ve negativo). El trabajo total a realizar para despegar la partcula es por lo tanto igual a:

W1 JP(e) JS(e) V(e)

En la prctica no se conocen las energas superficiales en las condiciones d = e, sino en las condiciones d infinito. Para eliminar estos parmetros se puede imaginar otro proceso con iguales condiciones iniciales y finales. La primera etapa es la misma. En la segunda etapa se supone que primero se remueve la fina capa de lquido dispersante de espesor "e", gastando un trabajo:

JP(e) + JS(e)

Luego se alejan P y S a gran distancia (infinita) realizando un trabajo W2 contra las fuerzas de atraccin; finalmente se deja el lquido mojar las superficies de P y S, recuperando las energas superficiales JP y JS En el trabajo total segn este esquema se eliminan las energas superficiales en las condiciones d = "e", obtenindose:

W1 + W2 JP JS

La energa superficial JP corresponde a la diferencia entre la energa de un rea unitaria de P en el vaco (energa de cohesin PP) y la energa de PW la interfase mojada (f ). Igualmente para JS:

JP = PP PW

JS = SS SW

Por lo tanto el trabajo a realizar para remover una partcula P de un sustrato S es, para un rea de contacto unitaria:

W WC + PW + SW

Donde W es el trabajo a realizar contra las fuerzas de atraccin de Van der Waals y WC es la suma de las energas superficiales de cohesin PP y SS. Estas relacin indica claramente que la presencia de un surfactante adsorbido reduce el trabajo de remocin por disminucin de las energas interfaciales PW y SW

3.4. Otros efectos

Las secciones anteriores indican que la presencia de un surfactante favorece la remocin de partculas por disminucin de las energas superficiales. Sin embargo, la adsorcin de surfactantes puede tambin reducir el potencial zeta y por lo tanto inhibir la remocin; por eso no se usan surfactantes inicos de carga opuesta a la de los slidos involucrados.

Otros efectos importantes son los efectos estricos de los surfactantes polimricos que tienden a favorecer la dispersin de partculas al introducir trminos de repulsin no-elctrica.

Finalmente se debe notar que tanto en la remocin del sucio lquido por cambio de mojabilidad como en la remocin de partculas slidas adheridas, se debe suministrar una cierta energa mecnica para vencer las fuerzas de adhesin. Es el papel de la agitacin en las mquinas de lavar u otros dispositivos de limpieza. Cuando ms pequeo el tamao de la gota o de la partcula a remover, mayor dele ser la agitacin para que la sustancia a remover este sometida a un cizallamiento suficiente.

4. SUSPENSION DEL SUCIO

4.1. Deposicin y Redeposicin del sucio

Una vez removido el sucio en forma de gotas o de partculas, es de primera importancia que la suspensin del sucio en la fase acuosa sea estable, es decir que el sucio no vuelva a adherirse sobre el mismo (redeposicin) u otro (deposicin) sustrato presente en el sistema.

La redeposicin es el fenmeno inverso de la remocin y est regido por los mecanismos inversos. Durante el lavado con una solucin detergente, las condiciones son en general tales que la remocin excede considerablemente la redeposicin (cambio de mojabilidad, aumento de fuerzas repulsivas sucio-sustrato); adems la agitacin del lquido evita la accin de la gravedad tambin sobre el sucio, el cual podra sedimentarse; sin embargo la agitacin favorece el contacto sucio dispersado sustrato.

La deposicin o redeposicin del sucio ocurre en general cuando se produce una inestabilidad o un cambio repentino en el lquido dispersante. Tales situaciones pueden producirse cuando la solucin detergente se satura de sucio, cuando precipitan nuevos sucios como jabones de calcio, o bien cuando se diluye considerablemente la solucin como por ejemplo en la operacin de enjuague. En tales circunstancias el lquido puede perder su capacidad dispersante y como consecuencia el sucio puede depositarse o redepositarse.

4.2. Factores involucrados

Numerosos factores pueden influenciar el equilibrio entre remocin y redeposicin del sucio: el propio surfactante, los mejoradores o secuestradores de iones polivalentes en caso de agua dura, el tipo de sustrato, el tipo de sucio, la agitacin del sistema, y la presencia de agentes llamados de anti-redeposicin.

Para decidir de la importancia y del efecto de cada uno, se realizan ensayos de lavado de textiles con una solucin detergente cargada de un sucio en forma de partculas o de emulsin, y se mide la deposicin de sucio, bien sea por balance (lo que queda en el lquido), bien sea por medicin de la reflectancia del textil (blancura). Los resultados dependen notablemente de las condiciones (dureza del agua, tipo de sustrato, tipo de sucio) y pueden solamente enunciarse algunas reglas generales, las cuales pueden sufrir excepciones.

Los jabones de cidos grasos producen soluciones con mejor poder suspensor que los detergentes sintticos.

Los iones divalentes reducen considerablemente el poder suspensor, particularmente de los surfactantes aninicos (los jabones pueden precipitarse en forma de sal de calcio de muy difcil remocin).

La naturaleza del sustrato y del sucio es determinante

Los jabones de bajo peso molecular (C12) son menos eficientes, en particular en caliente, que los jabones de alto peso molecular (C16-18)

La presencia de agentes secuestrantes de cationes divalentes mejora el poder suspensor.

La presencia de agentes de antiredeposicin puede aumentar notablemente el poder suspensos.

La agitacin evita la floculacin de las partculas de sucio entre si o la coalescencia de gotas de sucio, y reduce la redeposicin.

De la lista anterior se puede deducir que cada caso es un caso particular que debe optimizarse. Si bien es cierto que existen mltiples formulaciones detergentes para usos particulares, en la mayora de los casos una solucin de detergente debe ser efectiva en circunstancias muy variadas. Un detergente para lavar ropa debe: ser efectivo con fibras hidroflicas como algodn o hidrofbicas como poliacrilonitrilo o polietileno tereftalato; por otra parte debe poder remover y suspender sucios hidrofbicos como grasas o partculas hidroflicas de arcillas. Obviamente no hay solucin general a este problema, lo que explica la gran variedad de formulaciones en cuanto a surfactantes, secuestrantes y aditivos.

4.3. Agentes de antiredeposicin

Los surfactantes sintticos del tipo alquilbenceno sulfonatos (ABS) que se desarrollarn despus de la segunda guerra mundial presentaban un poder suspensor netamente inferior al de los jabones. Se hizo por lo tanto necesario aadir a las formulaciones sintticas un agente que favorezca la suspensin del sucio.

El primero y todava muy utilizado agente de antideposicin fue la carboximetilceluloca CMC (vase Figura 6) la cual es uno de las politeres de celulosa, nico con carcter inico.

El tipo, la cantidad y la uniformidad de los grupos sustituyentes tiene una gran importancia sobre el desempeo del politer de celulosa como agente de antiredeposicin. Por ejemplo la carboximetil celulosa hidroflica (numerosos grupos carboximetilos) es un polielectrolito que se adsorbe sobre las fibras de algodn mediante puentes hidrgenos, y evita la deposicin de los sucios cargados negativamente por repulsin electrosttica. Sin embargo la misma sustancia tiene poco efecto sobre fibras sintticas hidrofbicas. Para esas un politer del tipo hidroxietilcelulosa produce mejores resultados. Ciertas otras sustancias polimricas como el polivinil alcohol o la polivinil pirolidona se usan tambin.

La accin de la carboximetilcelulosa (CMC) ha sido estudiada en detalles con sustratos celulsicos (algodn) y sucios cargados negativamente. Aparentemente se produce una adsorcin de la CMC sobre ambos sustrato y sucio; por otra parte la CMC adsorbida puede hidratarse, lo que produce una capa protectora sobre la fibra y/o sobre el sucio. En tales condiciones existen fuerzas de repulsin elctrica y fuerzas de repulsin estrica suficientes para evitar la adhesin.

Todava no existe un agente de antiredeposicin perfectamente satisfactorio para sustratos hidrfobos y sucios hidrfobos. En la actualidad se evita el problema mediante una operacin de lavado en medio apolar (lavaseco) o un tratamiento de mercerizacin de la fibra hidrfoba.

5. ASPECTOS MECNICOS

La agitacin mecnica del lquido dispersante tiene varios papeles. De una parte mantiene el lquido homogneo a la escala del sistema, es decir asegura la misma concentracin de detergente y de sucio en todas partes y evita fenmenos de sedimentacin.

Por otra parte tiene un papel indispensable a nivel de la capa lmite ya que produce el cizallamiento necesario para remover, disolver o solubilizar el sucio retenido, y emulsionarlo o desflocularlo segn el caso.

En la mayora de los casos se usa una agitacin que produce turbulencia, lo cual favorece la transferencia de masa y la suspensin del sucio. En cierto tipo de aplicaciones como mquinas lava-platos, se usa un chorro turbulento lo que resulta en general en un movimiento rpido del lquido paralelo a la superficie a limpiar. El efecto global de mezcla est asegurado por un reciclo del lquido detergente en el transcurso del cual se filtran las partculas de sucio.

Para aplicaciones especiales en los cuales es necesario una agitacin considerable dentro de poros u otras ubicaciones que no se pueden normalmente alcanzar por la simple turbulencia externa, se usan generadores de energa ultrasnica. La energa ultrasnica corresponde a vibraciones mecnicas de alta frecuencia (20.000-200.000 Hz) producidas por excitacin piezoelctrica o electrostrictiva de un cristales refractario (titanato de bario, zirconato de plomo), o por excitacin magnetostrictiva de un cristal de niquel o de ferrita.

Las ondas ultrasnicas de presin alcanzan en la amplitud de su fase negativa una presin debajo de la tensin de vapor del agua. En estas condiciones se producen burbujas de vapor, es decir el fenmeno conocido como cavitacin. Al aumentar de nuevo la presin, la burbuja de vapor implode violentamente. En ausencia de gas disuelto esta implosin genera ondas de choque de muy alta presin, capaces de producir cizallamientos intensos a la escala microscpica. La energa ultrasnica es particularmente til para remover sucios que han formado depsitos compactos o escamas. Sin embargo su aplicacin es todava reducida a otros casos particulares, de una parte debido al costo elevado de los equipos de gran tamao y de otra parte por la contaminacin acstica que produce.