EJERCICIO SURFACTANTES Para ilustrar uso de cálculos que conducen a la ejecución de un diseño de formulación con actividad detergente A. Se requiere elaborar un detergente con 20% de materia activa como acido sulfónico del dodecil benceno (DDBS). Este detergente tendrá un alto desempeño como humectante. Se plantea formularlo neutralizando el DDBS con 20% de hidróxido de sodio y 80 % con trietanolamina.
Se tiene la siguiente información: Pureza del DDBS: 95% Valor Acido: 180 Acidez libre como acido sulfúrico: 1.5% Calcular la cantidad de álcali necesaria para este proceso en términos de soda del 50% y TEA del 100% (Idealizada).Base de cálculo: 100 gramos de detergente. 1. DDBS necesario para lograr la materia activa en esta formulación: 20/0,95 = 21,05263158 equivale a la cantidad de DDBS para que genere la materia activa del 20% en la formulación. 2. Cantidad de álcali necesario para neutralizar el DDBS: 21,05*180 = 3789,36 mgs = 3,789 gramos de KOH del 100% 3. Equivalentes de álcali: 1/56*3,789= 0,067660714 equivalentes gramo de álcali. 4. Cantidad (recordar 20%)de hidróxido de sódio (soda cáustica): 1 equivalente gramo = 40 gramos 0,06766071*0,20 = 0,013532142 equivalente de soda 5. En términos de masa: 40/1*0,01353214 = 0,5412856 gramos de soda
6. Soda del 50%
0,5412856*2 =1,0825712 gramos soda del 50%
7. Cantidad de trietanolamina, suponer del 100%.
8. Equivalentes de álcali
0,067660714. Usar el 80% como TEA
9. TEA 0,06766071*0,80= 0,054128568 Equivalentes de TEA 10. En términos de masa: 149/1*0,05412857= 8,06515693 gramos de TEA del 100%
11. Cálculo del consumo de álcali para neutralizar la acidez libre (H2SO4) 1,5 gramos de H2SO4 se encuentran en 100 gramos de materia prima. Vamos a utilizar 21,0526316 gramos de DDBS. Por la tanto hallamos aquí la cantidad de H2SO4 que genera la acidez libre. 1,5/100*21,0526316= 0,315789474
gramos de H2SO4
12. Equivalentes. Para conocer la cantidad de álcali necesario para neutralizar esta acidez libre. 13. Un equivalente de H2SO4= 98/2 = 49 0,006444683 Equivalentes de acido=equivalentes de álcali. 14. Cantidad de soda necesaria conservando la proporción del 20% dicha al comienzo. 15. Soda
0,00644468 * 0,20= 0,001288936 equivalente gramo
16. Soda en términos de masa 0,0515576 gramos de soda del 100% Soda del 50% 0,1031152 17. Equivalentes de TEA 0,00644468*0,80= 0,005155744 Equivalentes 18. TEA en términos de masa. 149/1*0,00515574= 0,76820526 gramos de TEA del 100% 19. Soda total del 50% requerida en el proceso: Paso 6 + Paso 16 = 1,1856864 gramos 20. TEA total del 100% requerida en el proceso: Paso 10+Paso 18 = 8,83336219 gramos
Finalmente podemos decir que para hacer el detergente dicho se requieren: 21,05263158 gramos de DDBS DEL 95% + 1,1856864 gramos de soda del 50% + 8,83336219 gramos de TEA del 100% y Agua Cantidad suficiente para el 100%p/p En la actividad sectorial, se tiene en cuenta la participación de agentes auxiliares como perfume, colorantes, conservantes entre otros.
B. Considerando que la agregación micelar para esta mezcla de surfactantes puede estar alrededor de (1/1000 a 1/100000) mol/litro. Estimar la cantidad de deteregente de esta formulación necesario para evidenciar propiedades funcionales. 1. Necesitamos conocer los pesos moleculares de las dos especies surfactantes PM DEL DDBS: 1g DDBD/0.180 g KOH*56g KOH= 311.11g PM de DDBSNa: 311.11-1+23=333.11 g PM de DDBSTEA: 311.11+149= 460.11g PM promedio ponderado: 333.11*020 +460.11*0.80 = 434.71g 2. Concentración Crítica micelar:(434.71/100000 _ 434.71/10000)g/L 4.34mg/L _ 43.71mg/L 3. Materia activa en términos de las especies surfactantes: En términos de DDBS: 20.% En términos de DDBSNa + DDBSTEA: Se puede calcular con los radios de los pesos moleculares entre especie final y DDBS(factor gravimétrico) Factor gravimétrico: 434.71/311.11=1.3972 Por lo tanto la materia activa surfactante se puede expresar ahora: 20*1,3972=27.94% De ahí que la cantidad de detergente de este problema necesario para iniciar la evidencia funcional podría estar entre ( no tenemos en cuenta el ambiente químico como PH que afecta la CMC) 4.34/0.2794= 15.53MG/L _ 156.44mg/L
