LE SOSTANZE DETERGENTI

Tesina di diplomain Chimica Industriale

1992

Alessandro Demontis

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INTRODUZIONE ALL' OPERA

Data la vasta diffusione e l'importanza delle sostanze detergenti nel mondo, si ritiene necessario trattare il tema della produzione di tali sostanze. Per far ciò si darà anche uno sguardo ai vari tipi di sostanze detergenti, alla loro composizione e a tutto ciò che concerne la loro descrizione. La trattazione delle sostanze detergenti sarà condotta parlando distintamente di tensioattivi, di detersivi e di saponi, poiché si ritiene necessaria la distinzione tra queste tre categorie al fine di una maggiore chiarezza e versatilità.Questa trattazione nasce sia dall'idea di fornire una panoramica sulla importanza dei composti usati, in genere per eliminare le sostanze insudicianti da tessuti e non; sia per mettere in evidenza ed alla portata di tutti, quelle che sono le caratteristiche di produzione dei composti in esame. Non ultimo, il tentativo di guidare il lettore a una scelta accurata delle sostanze detergenti da utilizzare per qualsivoglia uso, si aggiunge agli altri motivi di stesura di questa trattazione.

RINGRAZIAMENTI Prima di iniziare la stesura di questa tesina, ritengo doveroso ringraziare il Ch.mo prof. Stefano Gotta, sia per l'incoraggiamento che per il materiale cortesemente messo a mia disposizione, senza il quale questa trattazione non sarebbe stata possibile.

Alessandro DemontisSassari – Luglio 1992

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Indice

DEFINIZIONE DI TENSIOATTIVI E GENERALITA'.....................................................................9 LE AZIONI DEI TENSIOATTIVI...................................................................................................10

1) L' AZIONE EMULSIONANTE..........................................................................................10 2) L' AZIONE SCHIUMOGENA............................................................................................11 3) L' AZIONE ADESIVA........................................................................................................11 4) L'AZIONE DETERGENTE................................................................................................12

L'EFFETTO DELLA CONCENTRAZIONE, DELLA TEMPERATURA, DEGLI ELETTROLITI SUL POTERE DEI TENSIOATTIVI................................................................................................13CLASSIFICAZIONE DEI TENSIOATTIVI.....................................................................................14

TENSIOATTIVI IONICI .........................................................................................................14TENSIOATTIVI NON IONICI................................................................................................20

L'UTILIZZO DEI TENSIOATTIVI...................................................................................................22DETERSIONE E DETERSIVI..........................................................................................................25LE SOSTANZE INSUDICIANTI......................................................................................................25GENERALITA' SUI DETERSIVI.....................................................................................................25COMPOSIZIONE DEI DETERSIVI.................................................................................................27GENERALITA' SUI SAPONI...........................................................................................................30PRODUZIONE INDUSTRIALE DI SAPONI..................................................................................31TIPI DI SAPONI................................................................................................................................33BIBLIOGRAFIA................................................................................................................................35

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I TENSIOATTIVI

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DEFINIZIONE DI TENSIOATTIVI E GENERALITA'

La superficie separante fasi diverse in uno stesso contenitore è soggetta a una tensione dovuta allo squilibrio di forze atrattive esistenti ai lati. Tale squilibrio è tanto maggiore quanto sono differenti le forze di natura intermolecolare intercorrenti nelle fasi in questione.Questa tensione è detta SUPERFICIALE se le fasi in esame sono una liquida ed una gassosa; è INTERFACCIALE se le due sostanze sono entrambe liquide o entrambe solide; è l'immiscibilità (nel caso dei fluidi) e la scarsa aderenza (per i solidi) delle fasi.Esistono delle sostanze dette TENSIOATTIVI capaci di abbassare il valore di tensione superficiale delle fasi, tali sostanze causano la formazione di schiuma in un sistema ARIA-H2O poiché, essendo da questi vinta la tensione superficiale dell'acqua, l' aria è libera di miscelarsi con essa.I tensioattivi sono sostanze impiegate pressochè in ogni operazione di detersione, per aumentare il potere bagnante e penetrante dell'acqua e delle sue soluzioni, per il potere emusificante e disperdente su olii, grassi etc. come trascinante del sudiciume.L' azione delle sostanze tensioattive deriva dalla loro struttura che si può definire considerando come agente base l' acqua o il grasso delle sostanze insudicianti.Considerando l'acqua come fase portante della miscela, un tensio attivo è costituito da una parte idrofoba e una idrofila.Possiamo paragonare un tensioattivo ad un spillo in cui la testa sia la parte idrofila e l'ago sa la parte idrofoba. La parte idrofila di queste sostanze ha la tendenza a sciogliersi in H2O e la parte idrofoba oppone resistenza alla solubilizzazione, perciò le sostanze tensioattive presentano carattere tra la solubilità e l' insolubilità.Durante l' azione detergente, le molecole tensioattive si dispongono sulla superficie con le parti idrofile ancorate all' acqua e le catene non solubili risultano disposte a guisa di pettine. Queste parti idrofobe venendo a contatto con il sudiciume lo imprigionano sulle loro superfici lasciando come compito alle zone idrofile la dispersione ed il trascinamento delle particelle grasse catturate.Per dare una spiegazione elementare dell'azione dei tensioattivi, abbiamo dovuto considerare come fase essenziale l' acqua ma di fatto la descrizione dei tensioattivi è la maggior parte delle volte condotta rispetto a fasi grasse, essendo il sistema immiscibile grasso-H2O il sistema bifasico di gran lunga piu interessante nel trattamento e nello sfruttamento delle proprietà dei tensioattivi. La parte idrofoba è nominata genericamente lipofila poiché come visto ad essa spetta il compito di catturare le particelle grasso costituenti il sudiciume.Si noti che comunque il termine idrofilo si adatta a tutte le strutture polari come all' acqua, e il termine lipofilo indica stutture apolari in generale.

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LE AZIONI DEI TENSIOATTIVI

Le sostanze tensioattive assolvono al loro compito tramite varie azioni effettuate in contatto con l' acqua e con la superficie insudiciata.Tali azioni sono:

1) azione emulsionante;2) azione schiumogena3) azione adesiva4) azione detergente

azioni che nell' industria vengono sfruttate ed amplificate con metodi e trattamenti dipendenti dalla destinazione delle sostanze in produzione.

1) L' AZIONE EMULSIONANTEVenendo a contatto con un liquido, un tensioattivo tende a portarsi sulla superficie lasciando immersa la parte idrofila. Se sul liquido è stratificata un' altra fase dello stesso stato fisico, la parte idrofoba (o lipofila) del tensioattivo si immerge in esso.E' possibile allora, con agitazioni meccaniche, ampliare la superficie di separazione dei due liquidi, suddividendoli in modo proporzionale all' agitazione effettuata; il mescolamento ha lo scopo di portare a contatto i due sistemi originariamente immiscibili che normalmente tendono a schivarsi. Per compensare al tentativo di aumentare dall' esterno la superficie di contatto del sistema, questo risponderà con un tentativo opposto; si spiega cosi la formazione di gocce nel sistema. Infatti è noto che la forma sferica, a parita di volume, offre una minima superficie. E' questo l' effetto emulsionante. Il sistema e' costretto ad adattarsi al suo nuovo stato, tramite la sua dispersione lungo tutta la superficie di separazione delle sue fasi tenendo immersa nelle goccioline di liquido disperso la parte ad esso affine.Si avrà, in definitiva, una situazione rapresentabile in questo modo:

Lo schema qui proposto rappresenta l'emulsione di un sistema acqua-grasso stabilizzato da tensioattivi in ambiente acquoso. Le codette (parti lipofile) e le testine (parti idrofile) schematizzano il tensioattivo.La disposizione dei tensioattivi ingloba tra essi le particelle di sudiciume (rappresentato dalle sfere rigate) e le testine ancorate in H2O garantiscono la dispersione delle particelle grasse nella fase acquosa.Lo stato che si viene a formare è fisicamente stabile per vari motivi; i principali

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sono:

a) la condizione di minima superfice;b) la massima concentrazione di parti affini nella dispersione del liquido in

cui i tensioattivi sono immersi;c) se l' equilibrio fosse instabile si avrebbe il miscelamento di due liquidi a

struttura incompatibile.

2) L' AZIONE SCHIUMOGENAVa premesso che di solito le operazioni di detergenza vanno effettuate in presenza di aria. A tale considerazione si può aggiungere il fatto che i gas (nel nostro caso l' aria) sono strutture per lo più lipofile, potendo cosi considerare la fare schiumosa come una emulsione aria-liquido.Una soluzione provoca la formazione di schiuma quando una serie di films della sua superficie acquista elasticità e aumenta la sua resistenza meccanica; o genericamente quando la soluzione contiene un soluto attivo sullo strato superficiale in grado di adsorbire alla superficie si contatto aria-liquido. La quantità e la qualità di schiuma in formazione dipendono oltre che dall' area superficiale delle molecole tensioattive, anche dalla struttura delle molecole attive, cosi per esempio un tensioattivo del tipo RN(CH3)2OH+ * R'SO3- avrà una proprietà schiumogena migliore dei tensioattivi singoli.Si tratta infatti di un complesso formato secondo la reazione:

RN(CH3)2O + R'SO3H----->RN(CH3)2OH+ * [R'SO3]-

Una struttura del tipo R(OC2H4)nOR' ottenuto dalla reazione:

R(OC2H4)nOH + R'+ -----> R(OC2H4)nOR' + H+

avrà un potere schiumogeno limitatissimo a causa dell' introduzione di un secondo gruppo alchilico nella catena. In generale i derivati dell' alcool poliossietilenico [R(OC2H4)nOH] hanno scarso potere schiumogeno.Lo stato fisico di schiuma è pur stabile poichè la scomparsa dell' interazione schiumogena aria-liquido presuppone il contatto tra sistemi incompatibili quali appunto il gas (aria) ed il liquido disperdente la parte lipofila del tensioattivo.

3) L' AZIONE ADESIVANon sempre i substrati solidi immersi in un liquido hanno affinità ad esse, ciò si manifesta con una scarsa aderenza del liquido sulle pareti del substrato stesso. Si dice in pratica che il liquido ha, nei confronti di un tale substrato, una bassa bagnabilità.Si definisce perciò bagnabilità il processo in cui un liquido si lega alla superficie del substrato. Sia l' interfaccia aria-liquido sia l' interfaccia liquido-substrato subiscono un aumento; i tensioattivi si comportano da agenti bagnanti, avendo capacità di

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favorire il processo suddetto mediante l' adsorbimento sulle superfici.Il potere bagnante di un tensioattivo dipende sia dalla natura del substrato, sia dalla propria efficacia. E' bene distinguere l'efficacia di un tensioattivo dalla sua efficienza: si intende per efficacia la massima azione tensioattiva producibile indipendentemente dalla quantità usata; si chiama efficienza la misura di concentrazione del tensioattivo necessaria per produrre un significativo effetto. A causa della loro struttura, i tensioattivi a struttura ramificata hanno un potere bagnante più alto degli omologhi lineari, poichè si diffondono più velocemente nelle dispersioni e nelle emulsioni. Alcuni tensioattivi dall' alto potere bagnante sono quelli delle serie:

4) L'AZIONE DETERGENTEE' in effetti il risultato delle tre azioni viste precedentemente, in contemporanea con una sollecitazione meccanica esterna del tipo sfregamento. Il primo effetto dell' azione detergente è l'unione al substrato di uno strato acquoso, successivamente la formazione di schiume che asporta il sudiciume dalle pareti superficiali del substrato.Si ha quindi la formazione di emulsioni costituite da sferule di sudiciume imprigionate nelle schiume.Queste hanno intanto perso la loro consistenza ed efficacia, vanno percio' rigenerate con l' aggiunta di altro tensioattivo o del tutto asportate, eliminando cosi dalla soluzione le particelle di sudiciume.Le azioni viste fino ad ora possono dare il loro massimo frutto in acqua a bassa durezza, poichè in acque con disciolte grandi quantità di joni Ca++ i tensioattivi perdono alcune proprietà dando sali insolubili e quindi venendo distolti dalla azione emulsionante. Per questo si usano tensioattivi sintetici ottenuti tramite l' utilizzo di Na2CO3 o NaHCO3 Si ottengono cosi composti del tipo:

oppure:

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Tali composti formano dei sali solubili legandosi con calcio e magnesio. Legata all' azione dei tensioattivi si considera anche l' azione di additivi aggiunti per migliorare l' azione detergente; tra i composti usati come additivi troviamo i perborati di formula NaBO2 * H2O2 * 3H2O che liberano ossigeno al calore favorendo anche una azione disinfettante.

L'EFFETTO DELLA CONCENTRAZIONE, DELLA TEMPERATURA, DEGLI ELETTROLITI SUL POTERE DEI TENSIOATTIVI

Nello studio degli effetti dei tensioattivi è necessario introdurre un concetto: questi hanno una massima concentrazione, detta concentrazione critica micellare (c.c.m.), oltre la quale l' azione detergente dipende dalla quantità di particelle tensioattive allo stato film o agglomerato.Abbiamo infatti un fenomeno che comporta la non ionizzazione dei tensioativi, che si dispongono in parte allo stato laminare (stato ionico) e in parte in agglomerati. Alla fasi laminari è attribuito il massimo potere bagnante, alle fasi agglomerate si attribuisce il potere disperdente.Alla concentrazione critica micellare le due fasi sono in equilibrio favorendo complessivamente il massimo potere detergente.La temperatura può variare al suo crescere la c.c.m.; queste due grandezze sono direttamente proporzionali perciò alla minima temperatura è richiesta una minima quantità di tensioattivo per avere un medesimo effetto detergente. Possiamo raffigurare i due stati, laminare ed aggregato, secondo i due disegni qui riportati:

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Gli elettroliti salini hanno effetto inverso alla temperatura. Al crescere della loro concentrazione diminuisce la quantità di tensioattivo da utilizzare, il che rappresenta un bene poichè non tutti i tensioattivi sono degradabili da batteri o all' aria.

CLASSIFICAZIONE DEI TENSIOATTIVI

I tensioattivi si possono distinguere in:

1) IONICI2) NON IONICI

TENSIOATTIVI IONICI

si classificano a loro volta in tre tipi:

a) anionici;b) anfionici;c) cationici;

a) i tensioattivi anionici principali sono i saponi, cioè sali di tipo alcalino di acidi carbossilici. Negli ultimi anni di studio sui tensioattivi anionici è stata data una notevole preliminarietà a sali di sodio o ammonio di catene legate a gruppi solfonici e/o solforici:

Passiamo in rassegna i tensioattivi anionici più usati e studiati:

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SOLFOSUCCINATI che vengono preparati dalle tre reazioni:

Queste materie prime prodotte vengono poi fatte reagire tra loro con le combinazioni:

ottendendo il tensioattivo: LAUROILAMMIDOSEMISOLFOSUCCINATO

Oppure:

ottendendo il tensioattivo: LAURIDIETOSSISEMISOLFOSUCINATO.

SOLFONATI SEMPLICI che hanno struttura:

della serie alchilosolfonati, e

della serie alchilarilsolfonati

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vengono preparati per lo più con il processo di idrolisi alcalina di cloruri di solfonile risultanti dall' azione in presenza di luce del SO2 e del CL2 sulle catene da C12 a C18

SOLFATI si ottengono usando come materie prime prodotti di vari tipi:a) alcoli semplici: R-OHb) alcoli etossilati:

c) monocloro acetati di achile:

i due tipi di alcoli suddetti, per reazione con acido clorosolfonico, danno teansioattivi del tipo alchilsolfonati

ed alchilenetossisolfati

I monocloro acetati di achile in reazione con solfiti danno luogo alla formazione di solfoacetati di alchile

ESTEROSOLFONATI ED AMMIDOSOLFONATI.Largo uso per lo studio dei tensioattivi moderni è dedicato ai prodotti di queste due categorie, dotati di una funzione esterea o di una ammidica legati alla struttura solfonica salificata. Classici tensioattivi prodotti di tipo esterosolfonati sono quelli preparati con reazioni simili a quella del b-oleiletansolfonato di sodio, noto anche con il nome di “igepon A”:

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Gli omologhi tensioattivi di questo tipo differiscono per l' acido usato per le esterificazioni. Si preferiscono di solito l' acido laurico e l' acido palmitico.Gli ammidosolfonati si preparano invece partendo da un taurinato di sodio:

Gli altri ammidosolfonati si sintetizzano da N-alchiltaurinati.

Le caratteristiche dei tensioattivi anionici sintetici sono la facile solubilità in acqua, una capacità schiumogena elevata, compatibilità con saponi e tensioattivi non ionici. Hanno anche azione microbica.

b) I tensioattivi anfionici hanno la parte idrofila costituita da una struttura dipolare intramolecolare. Vengono prodotti di solito da ammine e alcaloacidi:

ACHIILAMMINOCARBOSSILATIHanno una struttura generica del tipo RNH2+*R'COO- dove R è di solito C12H25 e R' è di solito C3 / C10

alcuni esempi esplicativi sono dati dalle strutture dell' alchilamminopropionato RNH2+*(CH2)2COO- e dell' alchilamminoisobutirrato: RNH2+*CH(CH3)CH2COO-

DERIVATI BETAINICIHanno le formule di struttura genericamente del tipo:

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alchibetaina

alchilammidopropilbetaina

alchilsolfonbetaina

che sono prodotti base per la produzione industriale di shampoo.

ANFIONI ETERATI O ENOLIZZATI che hanno i loro maggiori esponenti nei due composti con la formula:

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c) I tensioattivi cationici sono detti anche saponi invertiti.Sono di solito composti ammonici quaternari con azione germicida, ed hanno un effetto sterlizzante maggiore con l' aumentare della pulizia della superficie da detergere.Le principali caratteristiche ad essi riconosciute sono:

− non sono tossici;− non sono corrosivi, sono inodori, stabili a caldo;− sono compatibili con i saponi, con i tensioattivi anionici sintetizzati e sopportano

le soluzioni alcalinee e le acque mediamente dure;− sono considerati anche degli anti fermentativi.

Ecco alcune sottospecie:

ALOGENURI, SOLFATI O FOSFATI DI ALCHILAMMONIOhanno la struttura generica schematizzata cosi:

dove R rappresenta dei gruppi quali

e X rappresenta gruppi alogeni (Cl- / I- / Br- ) oppure solforici e fosforici HSO4- e H2PO4-

Per ammorbidenti e cosmo-detergenti si usa di solito il DISTEARILDIMETILAMMONIO:

legato comunemente con un gruppo Cl-

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Altri tensioattivi cationici:

SACCARINATI DI ALCHILAMMONIO

dove R è radicale derivato dell' alcool laurico C12H25- e dell' acido stearico C18H27-

ALCHILAMMIDOPROPILTRIMETILAMMONIO ALOGENURI

dove R rappresenta derivati dell' alcool laurico o stearico.

ALOGENURI DI ISOCHINOLINO

dove R ha lo stesso valore dei precedenti.

TENSIOATTIVI NON IONICIsono di solito degli alcoli polivalenti esterficati con acidi grassi e ossido di etilene e sono genericamente poco schiumogeni. Non sono compatibili con acidi e alcali a elevata concentrazione, perciò vengono utilizzati dopo l' uso di detersivi. La loro struttura racchiude una serie di polarità in assenza di ioni. Si può riportare uno schema con una serie di tensioattivi non ionici.

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L'UTILIZZO DEI TENSIOATTIVIE' riportata qui di seguito una tabella che riassume alcune categorie di tensioattivi ed il loro utilizzo in commercio:

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I DETERSIVI

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DETERSIONE E DETERSIVI Vengono chiamati detergenti o detersivi quei prodotti di norma destinati ad aiutare l' acqua nell' opera di alllontanamento delle sostanze insudicianti, intendendo genericamente per “sudiciume” del materiale dannoso o comunque in posto inadatto. Per poter affrontare al meglio la trattazione dei detersivi è bene chiarire il concetto di sostanza insudiciante.

LE SOSTANZE INSUDICIANTISono delle miscele di natura chimica varia, come vario è il loro stato di aggregazione, più o meno eterogeneo.Possono essere solide, polverulente, liquide oleose, ad alta viscosità, aerosol, grassi a grande consistenza o miscele compresse di più agenti suddetti.L' insudiciamento e' il risultato dell' adesione su un corpo in sequito a riduzioni di tensione superficiale o attrazione elettrica (nel caso di strofinio) verso le particelle insudicianti che si trovano ad avere carica opposta. L' umidità concorre a scaricare l' elettricità dei tessuti, anche se per alcune fibre sintetiche occorrono valori di umidità molto elevati per poter avere la scarica (per il Terital si necessita di un 98% di umidità). La tecnologia moderna in campo di detersione delle sostanze insudicianti è puntata verso la prevenzione più che sulla eliminazione del sudiciume, si cerca infatti di dotare le moderne fibre tessili di sostanze che abbiano alto potere repellente nei confronti del sudiciume, o sostanze anti elettrizzanti.

GENERALITA' SUI DETERSIVII detersivi sono prodotti di sintesi composti genericamente di tensioattivi ai quali vengono aggiunte sostanze organiche ed inorganiche per aumentarne l' efficacia o per renderli più atti all' azione di detersione.Il mercato odierno propone una vasta gamma di detersivi, e la scelta di un prodotto piuttosto di un altro va effettuata dando uno sguardo alle caratteristiche di ogni singolo detersivo.Le caratteristiche generalmente richieste a un detersivo sono varie:

1) facile e rapida solubilizzazione e dispersione in acqua (alta biodegrabilità);2) non corrodere i materiali con cui vengono in contatto; 3) evitare la precipitazione di Ca e Mg sotto forma di solidi insolubili;4) alto potere bagnante;5) potere distaccante sul sudiciume di qualunque origine e specie;6) facile allontanabilità dalle superfici lavate;7) basso costo;8) eventuale azione germicida.

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Nessuna sostanza esistente possiede in contemporanea tutte queste caratteristiche, perciò è preferibile sempre usare miscele di più detersivi per assicurare una azione completa. I detersivi sono però altamente inquinanti, infatti vengono prodotti con grandi quantità di polifosfati, che scaricati e accumulati nelle acque ne favoriscono l' eutrofizzazione. Vengono usati per la produzione di detersivi vari tipi di sali fosforici; vediamo alcuni:

PENTASODIO TRIFOSFATO (o tripolifosfato di sodio STPP) di formula Na5P3O10 e' il componente più usato ed efficiente nella produzione di detersivi a lunga durata. E' un forte aggregante di calcio e magnesio ed ha un alto potere di produzione di sospensioni con grassi e sudiciume in generale; grazie al suo alto potere aggregante è usato moltissimo come componente di detersivi per piatti. Forma anche degli idrati molto stabili alle varie temperature.

TETRASODIO PIROFOSFATO di formula Na4P2O7 è un altro componente primario anche se l' azione aggregante non è forte quanto l' STPP. Viene usato nella produzione di tensioattivi a speciale carattere sgrassante e per la complessazione di alcali.

TRISODIO ORTOFOSFATTOdi formula Na3PO4. E' usato moltissimo per la fabbricazione di detergenti di superfici dure (quali ceramiche e metalli) o superfici verniciate. Può essere usato anche con altri saponi o alcali. E' usato come precipitante poichè ha sui metalli pesanti un forte potere complessante senza però dare luogo alla formazione di chelati colloidali.

FOSFATI VITREI(polimetafosfato di sodio ed esameta fosfato di sodio).Esercitano un potente effetto precipitante ed aggregante in soluzioni a pH 6 o 7; e tendono a diventare pirofosfati o ortofosfati per idrolisi e per effetto del calore.

FOSFATI POTASSICI (particolarmente il tetrapotassio pirofosfato) vengono usati come componenti di detersivi liquidi per la maggiore solubiltà che presentano rispetto ai loro omologhi composti sodici.I polifosfati sono stati banditi nella produzione dei detersivi, e la loro percentuale deve risultare bassissima tanto da garantire un inquinamento delle acque trascurabile. Al problema dei fosfati si e' tentato di porre rimedio con l'uso di sostanze complessanti a base di NTA o acido nitrilo triacetico di formula N(CH2C00H)3 che dimostrò però potere cancerogeno e in più, in presenza di cadmio, genera complessi cadmio-organici capaci di alterare i tessuti in modo permanente modificando il DNA.

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L' ultima genrazione di detersivi ancora in fase sperimentale utilizza composti del tipo SAS o sodio alcan solfonati che dimostrano nelle sperimentazioni alto potere tensioattivo, potere inquinante trascurabile e tossicità nulla.

COMPOSIZIONE DEI DETERSIVICome detto, un detersivo è il risultato della unione di più tensioattivi e di sostanze additive classificate in vario modo; ecco una distinzione efficace:

CARICHE: prodotto organico o minerale inerte usato per realizzare il tipo desiderato di presentazione o concentrazione. Alcuni esempi: Na2SO4 * H2O

COADIUVANTI: sono dei costituenti ausiliari di solito inorganici che aumentano l' azione detersiva. Tra i più usati sono: silicati, polifosfati e carbonati.

RINFORZATORI: sono generalamnete organici e rinforzano la capacità fondamentale dei costituenti primari, ad esempio alcanoammidi o ossidi amminati.

ADDITIVI: sono di solito decoloranti ottici, inibitori di corrosione, agenti antistatici e profumi. Vengono usati anche composti a base di carbometilcellulosa che impediscono la composizione di parrticelle che possano causare lo sfilacciamento dei tessuti.

I moderni detersivi contengono composti schiarenti, i cosidetti “creatori di bianco”, che agiscono sul colore originale del tessuto ricreando la tinta fondamentale. Tra i decoloranti più usati sono i perborati di sodio (NaBO2) e il colorante azzurino, che mischiandosi in reazione col giallognolo dei tessuti sporchi o vecchi genera un bianco candido.Altri sali reperibili in un detersivo sono composti inorganici di semplice composizione strutturale quali: carbonato di sodio, ossido di alluminio e ossido di silice. Altri composti sono però fondamentali per la fabbricazione di sostanze detergenti allo stato solido; tra questi particolare importanza hanno le zeoliti. Il tipo più usato è la Zeolite A, di formula empirica Na2O*Al2O3*2SiO2*45H2O utilizzata in forma di polvere con granulometria intorno ai 10 mm. La zeolite A esercita una funzione di scambiatrice di ioni; infatti gli ioni della durezza Ca++ presenti nell' acqua vengono catturati dalla zeolite che nel frattempo rilascia ioni Na+ .La zeolite A è usata anche per rimpiazzare i polifosfati dove essi sono proibiti per legge; comunque non può essere usata da sola, infatti richiede anche l' utilizzo di bentoniti e caolini.

Il meccanismo di funzionamento della zeolite é mostrato nella pagina seguente:

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I SAPONI

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GENERALITA' SUI SAPONICon il termine saponi si indicano quegli acidi grassi superiori complessanti con NaOH o KOH a seconda che il prodotto voluto abbia determinate caratteristiche. La reazione generale per la preparzione di sapone grezzo è una semplice idrolisi basica di esteri, detta appunto “saponificazione” e segue questo processo:

dove R e' appunto la catena dell' acido grasso superiore. Si riporta qui di seguito la metodica consigliata per la preparazione in laboratorio di un sapone semplice.Materiale occorrente:

a) apparecchiatura per filtrazione a pressione ridotta;b) bagno di acqua a ghiaccio; c) becher e cilindro graduato; d) canna rifrigerante; e) pallone tarato; f) cloruro di sodio; g) soluzione di etanolo; h) lardo, olio, grasso; i) potassa solida.

Procedimento:

mettere 5 grammi di grasso nel pallone tarato essieme a 3 grammi di potassa e 40 cc di etanolo. Sistemare la canna rifrigerante e bollire per 30 minuti. Se diluendo una parte della soluzione con acqua non si formano gocce d' olio, aggiungere 30 cc di acqua bollente ed agitare finchè la massa diventa omogenea. Trattare allora con 7,5 grammi di coloruro di sodio agitando forte. Questa “salatura” farà in modo che risulti facile la separazione del sapone dall' acqua. Si trasferisce tutto in becher e si raffredda in acqua e ghiaccio fino a completa solidificazione dello strato superiore. Filtrare a presione ridotta e lavare qualche volta.

Questo processo produce un sapone grezzo che poi, con l'aggiunta di additivi, profumi ed emolienti, diventa simile alle saponette che si trovano in commercio.L' azione detersiva dei saponi è attribuita ai fenomeni di adsorbimento causati dalle schiume liberate durante l'uso.Tali schiume hanno un alto potere detergente che varia a seconda della composizione e dell' origine del sapone.

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PRODUZIONE INDUSTRIALE DI SAPONISi basa su una serie di operazioni condotte a vari stadi; le miscele di grassi vengono scaldate con idrati caustici in caldaie e successivamente vengono trattate con cloruro di sodio in modo da insolubilizzare la massa che si forma. Questa viene poi riscaldata e dopo raffreddamento si ha il prodotto finito.

Le operazioni distinte sono le seguenti:1) saponificazione : si effetua sotto agitazione in caldaie scaldate a fuoco diretto

o vapore, Agitando la miscela (portata a fusione) di grassi e cariche quali la colofonia o il tallolio raffinato mentre si aggiunge alcali-caustico in un eccesso misurato. L' operazione viene condotta di solito a 250 gradi e a pressione ottenendo dei tempi di lavoro molto brevi nell' ordine dei minuti. Alla fine di questa fase si può anche far raffreddare il sapone ottenuto senza fargli subire ulteriori lavorazioni.

2) salatura : la massa prodotta dopo saponifizazione è in fase colloidale che può lasciar separare il sapone dalla liscivia per salatura, tramite cloruro di sodio. La glicerina contenuta si ripartisce tra le due fasi come un passaggio evidenziato verso la liscivia.

3) cottura : dopo la separazione della liscivia il sapone viene mantenuto a fusione per favorire il raddensamento della massa saponificata.

4) liquidazione : dopo cottura si può fare acquistare consistenza e maggiore omogeneità al sapone fino ad ora ottenuto, aggiungendogli una certa quantità di alcali diluiti e portandolo cosi alla condizione di sol. Questa operazione si compie con graduale raffreddamento, ed alla fine si ottiene un prodotto detto “sapone liquidato”.

5) Finitura : al sapone liquidato si possono mescolare emolienti, coloranti, profumi, antisettici ed altri additivi finalizzati a determinati utilizzi. Nei saponi da bucato per esempio, vengono aggiunte cariche minerali indurenti.

Queste fasi costituiscono un ciclo di produzione discontinuo, di alta efficacia ma non elevata produzione.

I processi continui (per lo più del tipo Sharpless) raggiungono anche una produzione intorno alle 50 t/h di prodotto finito. Uno schema di impianto a produzione continua del tipo suddetto viene riportato a pagina seguente:

Apparecchiature dello schema:

CV1, CV2, CV3, CV4, = caldaie di saponificazioneD1, D2, = MESCOLATORIPC1, PC2, PC3, PC4 = supercentrifugheG1 = pompa con stantuffo

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G2, G3, G4 = pompe centrifugheS = sagomatrice automaticaTC = tunnel di consolidamentoE = refrigeratore

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il procedimento di produzione dell'impianto visto è il seguente:

Una miscela di grasso fuso e liscivia debole (esaurita) viene pompata nel pre-saponificatore CV1. In questa caldaia e nelle altre si favorisce il contatto grasso-soda per agitazione. La parte di miscela che entra in CV1 vi sposta una pari quantità di altra miscela che passa in PC1 e viene pompata in CV2 e cosi via ottenendo sempre una maggiore saponificazione. La liscivia man mano prodotta viene estromessa. In CV4 entra liscivia fresca e ne esce sapone puro che passa a finitura dopo essere stato separato dalla liscivia forte in PC4.

TIPI DI SAPONII saponi possono essere prodotti in vari modi, semplicemente aggiungendo delle varianti al processo classico. Si ottengono cosi vari tipi di prodotti; vediamone alcuni:

a) saponi d'impasto: sono prodotti per sola saponificazione, senza procedere a lavaggio, finitura etc. Si tratta di saponi di basso prezzo che si possono ritenre di qualità sufficiente se contengono almeno il 46% di acidi grassi salificati.

Sono scadenti se hanno acidi grassi in percentuali minori del 30%. Sono detti secchi se contengono meno del 20% di acqua. Contengono di solito additivi e cariche minerali quali caolino, bentonite e talco.

b) saponi resinati: sono tipi prodotti con una certa percenuale di colofonia, che forma con gli alcali delle sostanze resinose capaci di produrre alte quantità di schiuma. Sono molto economici.

c) saponi marmorati: venivano preparati un tempo determinando in questi la marezzatura aggiungendo al sapone, prima e dopo la salatura, del solfato di ferro e ossidi che conferiscono un tipico aspetto (venature tipo marmo). Questo effetto, pur decorativo, esce solo se il sapone contiene piu di 1/3 di acqua, il che rappresenta una garanzia sulla qualità.

d) saponi trasparenti: a differenza degli altri tipi, sono trasparenti, poichè praparati con aggiunte di glicerina (sono infatti detti “saponi glicerinici”) e zucchero che ne determinano ed accrescono rispettivamente la trasparenza.

e) saponi molli: questi prodotti sono dei semplici saponi potassici preparati da grassi usando potassa per la complessazione in fase di saponificazione. Hanno di solito l' aspetto di spume o gel e vengono usati come saponi da barba per la loro scarsa consistenza.

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BIBLIOGRAFIA

M.PIROVA PRINCIPI DI CHIMICA ORGANICA ediz. GEAP E.STOCCHI CHIMICA INDUSTRIALE VOL. II ediz. EDISCO

E.BARNI CHIMICA ORGANICA APPLICATA ( dispense )

Tesina originale: Maggio – Luglio 1992Versione digitale: Dicembre 2011

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