Tema 10. La Industria de los Agentes Tensoactivos 1 1.- Anfifílicos.

El interés de los compuestos tensoactivos radica en su carácter anfifílico: es decir, en la presencia en una misma

molécula de dos o más grupos con propiedades antagónicas respecto de un mismo disolvente. Todas las sustancias

anfifílicas tienen una estructura molecular común que tiene dos partes: un grupo polar que contiene heteroátomos

como O, S, P ó N que se encuentran en grupos alcohol, ácido, sulfato, sulfonato, fosfato, amina, amida, etc, y un

grupo apolar o poco polar que es en general un grupo hidrocarbonado de tipo alquil o alquil benceno, y que puede

contener eventualmente átomos de halógeno u oxígeno.

Agregados anfifílicos

2.- Sustancias tensoactivas. Clasificación.

Orientación de las moléculas de un tensoactivo en una interfase aire (o aceite)-agua

aire o aceite

agua micela Clasificación de las moléculas tensoactivas según la naturaleza polar del extremo hidrófilo

SO3 Na

COO Na

Aniónicos

NMe

MeBr Catiónicos

OOH

nNo iónico

COO

NH3

Anfótero

Tema 10. La Industria de los Agentes Tensoactivos 2 Poder espumógeno:

3.- Proceso de detergencia.

Efecto “solubilizador” de los agentes tensoactivos: a) La mugre grasienta entra en contacto con la solución de tensoactivo; b) Los extremos hidrofóbicos de las moléculas de tensoactivo se disuelven en la grasa; c)El tensoactivo modifica en ángulo de contacto θ entre la suciedad y el sustrato. Si θ < 90º es imposible que haya una eliminación total de la grasa; d) Más agitación desplaza la suciedad en forma de partículas macroscópicas. Estas forman una emulsión cuando hay agitación suficiente.

4.- Tensoactivos aniónicos.

4.1.- Detergentes sulfonados y sulfúricos.

En cuanto a los derivado sulfonados actualmente se fabrican cinco tipos de detergentes sulfonados y sulfúricos: • Alquilsulfonatos (SAS): R-(CH2)n-SO3

- Na+ • Alquilbencenosulfonatos (LAS): R-(CH2)n-C6H4-SO3

- Na+ • Alquensulfonatos (AOS): R-(CH2)n-CH2-CH=CH-SO3

- Na+ • Alquilsulfatos (AS): R-(CH2)n-OSO3

- Na+ • Alquilpolioxietilensulfatos (AES): C14H29-(O-CH2-CH2)n-OSO3

- Na+

Tema 10. La Industria de los Agentes Tensoactivos 3 4.2. Obtención de la cadena y sulfonación

♣ SAS

+ SO2 + O2

SO3H1. UV

2. H2O ♣ LAS

+ Cl2UV

HCl

H2

AlCl3

SO3H

SO3/aire

SO3 Na

NaOH/agua

Cl

H

♣ AOS

Et

Et Et

CH2-CH2-C2H5

Et Et

AlCH2-CH2-(CH2-CH2)n-C2H5

Et EtCH2=CH2

100 atm

100 CAln CH2=CH2

300 C

40 atmCH2=CH-(CH2-CH2)n-CH2CH3

Al

Al(Et)3+muy puras

4% C448% C5-C1020% C12-C1413% C16-C1814% > C20

La sulfonacion se realiza con SO3 gaseoso.

+ SO3

O S

OO

RR-CH2-CH CH2 RCH2-CH CH-SO3H +

sultama

H2OR-CH

OH

CH2-CH2-SO3Hcalor

R-CH=CH-CH2-SO3H

RCH2-CH CH-SO3H RCH2-CH CH-SO3 Na ♣ AS

Et

Et Et

CH2-CH2-C2H5

Et EtAl

CH2-CH2-(CH2-CH2)n-C2H5

Et EtCH2=CH2

100 atm

100 CAln CH2=CH2

CH3CH2-(CH2-CH2)n-CH2CH3

Al

Al(Et)3+1. oxidación

2. H2O/H+

OH

Tema 10. La Industria de los Agentes Tensoactivos 4

♣ AES

R-CH2OH +O

3 R-CH2-O-(CH2-CH2-O)2-CH2-CH2OH R-CH2-O-(CH2-CH2-O)2-CH2-CH2OSO3 Na

4.3.- Detergentes domésticos. Los productos detergentes domésticos sólo contienen de un 15 a un 20% de sulfonatos; el resto son sustancias auxiliares y de relleno. Los compuestos auxiliares añadidos son (Tabla 10.1):

♥ Secuestradores de los iones Ca y Mg de las aguas duras ♥ Estabilizadores de la espuma. ♥ Blanqueantes químicos. ♥ Blanqueantes ópticos. ♥ Estabilizadores de la suspensión de la suciedad ♥ Enzimas proteolíticas. ♥ Rellenos.

Tabla 10.1.- Formulación de un detergente doméstico

Tensoactivo aniónico 15-20 % Secuestrador 30-40 % Estabilizador de espuma 2 % Perborato de sodio 12-20 % Blanqueante óptico 0,1 % Carboximetilcelulosa 1 % Silicato de sodio 6-8 % Sulfato de sodio Hasta 100 %

5.- Tensoactivos no iónicos.

Los compuestos de polioxietileno son los más utilizados como tensoactivos no iónicos (representan un 80 % del total de no iónicos). Estos se obtienen, fundamentalmente por reacción de óxido de etileno con:

- alcoholes de cadena larga sintetizados por el proceso Alfol desde etileno o por reducción de ácidos grasos (40%),

- alquilfenoles (20%), - ácidos grasos (20%), - azucares naturales como el sorbitol o el glicerol (10%) y - derivados de aminas y amidas (10%).

CH3-(CH2)10-CH2OH + (n+2) OE H3C(CH2)10-CH2-O-CH2CH2-O-(CH2CH2-O)n-CH2CH2-OH

CH2-O-(CH2-CH2-O)9-CH2-OH

CH-O-(CH2-CH2-O)9-CH2-OH

CHOH

CHOH

CHOH

CH2OH

Parte lipófila Parte hidrófila

H3C(CH2)8-Ph-O-(CH2CH2-O)n-CH2CH2-OH

Parte lipófila Parte hidrófila

H3C(CH2)14-COO-(CH2CH2-O)nCH2CH2-OH Parte lipófila Parte hidrófila Aminas etoxiladas: H3C-(CH2)n-CH2-NH2 + 2 O.E. H3C-(CH2)n-CH2-N(CH2CH2OH)2

Tema 10. La Industria de los Agentes Tensoactivos 5 6.- Tensoactivos catiónicos.

Cloruro de benzalconio (desinfectante):

N CH2

CH3

CH3

Cl

Sal de amina grasa:

NH3 OCOCH3

Tensoactivo para suavizante:

H3C-(CH2)n-CH2-NH2 + 2 O.E. H3C-(CH2)n-CH2-N(CH2CH2OH)2

Obtención de la cadena

La cadena hidrocarbonada de los tensoactivos catiónicos se obtiene a partir de los ácidos grasos. Estos se transforman en nitrilos por tratamiento con amoniaco a 200-300 °, y posteriormente se hidrogenan a las aminas primarias correspondientes. Estas se someten a metilación con cloruro de metilo en exceso. CH3-(CH2)n-COOH + NH3 CH3-(CH2)n-CN

CH3-(CH2)n-CN + H2 CH3-(CH2)n-CH2-NH2

CH3-(CH2)n-NH2 + 3 CH3Cl CH3-(CH2)n-CH2-N(CH3)⊕ Cl-

Otro proceso parte de alquenos terminales que se tratan con HBr en un proceso radicalario y, posterior tratamiento con trimetilamina.

CH3-(CH2)n-CH=CH2 + HBr peróxidos CH3-(CH2)n-CH2-CH2Br

CH3-(CH2)n-CH2-CH2Br + N(CH3)3 [CH3-(CH2)n-CH2-CH2-N(CH3)3]⊕ Br−

7.- Tensoactivos anfóteros.

Derivados de aminoácidos:

R-CH-COON(Me)3

R-CH-COOHN(Me)3

R-CH-COON(Me)3

Na

Cl

OH H3O

OH Derivados del ácido 3-aminopropiónico: CH3-(CH2)11-NH-CH2-CH2-COO-

N

CH3

H2C

CH2-COO

8.- Otros tensoactivos

8.1.- Tensoactivos siliconados.

Si

CH3

CH3

O O SiM 3Me3Si

n

e

Tema 10. La Industria de los Agentes Tensoactivos 6 8.2.- Tensoactivos fluorados.

FO

F

F F

F F

F F

F

n

F F

F F

OH

n'

8.3.- Tensoactivos poliméricos.

Copolímeros OP-OE

CH CH2

O H+CH3-CH-CH2-O-CH-CH2OH

OHCH3-CH-CH2OH

OH CH3 CH3

CH2 CH2

O

CH3-CH-CH2-O-CH-CH2-O-CH2-CH2OH

OH CH3

CH3-CH-CH2-O-CH-CH2-O-CH2-CH2O

OH CH3

CH-CH2-O-CH2-CH2OH

CH3n

Carboximetilcelulosa

O OO

CH2OH

HOO

CH2

COO

8.4.- Tensoactivos acetilénicos

C C CC CH2-CH3

OH

CH3

OH

CH3

H2CH3C