CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – COORDENAÇÃO DE ENSINO TÉCNICO DISCIPLINA – Laboratório de Processos Industriais - Turma:
Produção de Detergente Líquido
Belo Horizonte
1 Introdução
Através dos séculos realizaram-se várias tentativas no sentido de auxiliar a água em sua função detergente. Os primeiros processos que se tem notícia, baseados no atrito, empregavam argilas e cinzas. Dos tensoativos conhecidos, o sabão foi o primeiro a ser produzido comercialmente. O sabão, cuja época e local exato de aparecimento são ignorados, é o marco de entrada no campo dos detergentes. As matérias-primas para sua manufatura eram substâncias alcalinas (obtidas das cinzas de plantas) e gorduras animais. A arte secular de fabricar sabão somente recebeu impulso definitivo quando da descoberta do processo Leblanc de fabricação de soda em 1790.
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Detergentes por definição são substâncias inorgânicas ou orgânicas que apresentam a propriedade de reduzir a tensão superficial da água, favorecendo o seu espalhamento e emudecimento das superfícies, promovendo um contato mais íntimo entre a água e o objeto a ser limpo. Assim, tensão superficial é um efeito físico que ocorre na camada superficial de um líquido que leva a sua superfície a se comportar como uma membrana elástica. [1] Os tensoativos são compostos constituídos de uma longa cadeia carbônica, sensivelmente insolúvel em água (hidrofóbica), porém solúvel em óleos e gorduras, acompanhadas de um maior ou menor grupo de átomos com poderosa atração pela água. [3] Na superfície do líquido, a parte hidrofílica da substância tensoativa adere as moléculas da água, quebrando suas atrações intra-moleculares, reduzindo desta forma, a tensão superficial. Neste momento, a estrutura esférica da gota de água entra em colapso, expandindo a área de contato com a superfície. Como resultado, ocorre um emudecimento mais efetivo. Além de solucionar o problema de tensão superficial, os tensoativos exercem outras funções muito importantes na lavagem, como por exemplo: ajudam a deslocar e dispersar as partículas de sujeira.
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De uma maneira geral, para se produzir um detergente, necessita-se de sais de compostos diversos, tais como carbânions ou carboncátions. O ponto principal em comum entre os íons é que possuam partes apolares (cadeia carbônica) e polares. A realização desta prática teve como objetivo produzir detergentes com base em tensoativos aniônicos e desenvolver técnica de preparo de detergentes.
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2 Metodologia
2.1 Materiais
- Béquer; - Proveta (250 mL); - Jarra Plástica; - Colher de madeira; - Balança semianalítica - Funil liso; 2.2 Reagentes
- Ácido Sulfônico (LAS); - Hidróxido de Sódio; - Amida 60%; - Cloreto de sódio; - Corantes e essência 2.3 EPI’s
- Luvas descartáveis; - Jaleco. 2.4 Procedimento
- Dentro da jarra plástica foram vertidos 250 mL de água e logo após 105 mL de ácido sulfônico; - Verteram-se 23 mL de NaOH dentro do sistema pastoso e posterior verificação do pH (pH=7); - Foram adicionados 45 mL de amida 60% e houve homogeneização do sistema com colher de madeira mediante adição de ±750 mL de água; - Pesou-se 0,15 g de NaCl na balança semianalítica, dissolveu-se em um pouco de água dentro de um béquer e posteriormente despejou-se esta mistura na jarra plástica aos poucos mediante constante homogeneização; - Adicionou-se 2 tampinhas de essência e corante ao detergente; - Adicionou-se 275 mL de água para completar o volume desejado; - Verteu-se o detergente em recipientes de plástico.
3 Resultados e Discussão
Os detergentes industriais, embora possam ser produzidos de diversas formas diferentes, possuem uma característica básica. São formados por moléculas anfipáticas, ou seja, essas moléculas possuem uma cadeia apolar e uma cabeça polar. Isso faz com que o detergente interaja tanto com a gordura (parte apolar) quanto com a água (parte polar). Isso faz deles substâncias tensoativas ou surfactantes. Assim é possível fazer com que a gordura da sujeira seja removida da superfície onde está depositada. A espuma produzida, mantém a sujeira em suspensão e evita que ela volte para a superfície. A formação do detergente se da pela primeira reação que ocorre entre os reagentes utilizados, sendo ela a reação da soda caustica NaOH e o ácido sulfônico H 2SO4. Reação: 2NaOH + H2SO4 ------> Na2SO4 + 2H2O Sendo que o sal formado é o sulfato de sódio, ele vai ficar na forma de íons, pois ele é um sal solúvel em água. Após a formação deste sal vai ser adicionado a alcanolamida que é um ácido graxo, para a formação do detergente. Os tensoativos não-iônicos são caracterizados por possuírem grupos hidrofílicos sem cargas ligados à cadeia graxa. Possuem como características a compatibilidade com a maioria das matérias-primas utilizadas em cosméticos, baixa irritabilidade à pele e aos olhos, um alto poder de redução da tensão superficial e interfacial e baixos poderes de detergência e espuma. Estas características permitem que estes tensoativos sejam utilizados principalmente como agentes emulsificantes.
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As alcanolamidas de ácidos graxos pertencem à classe de tensoativos não-iônicos. No mercado brasileiro a dietanolamida de ácido graxo de coco é mais utilizada devido ao baixo custo e disponibilidade local das matérias-primas e por dispensar aquecimento para seu uso. São obtidas pela reação da dietanolamina ou monoetanolamina com ácidos graxos de coco. São utilizadas como agentes sobrengordurantes, espessantes e solubilizantes de fragrâncias e materiais oleosos.
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Dentre os tensoativos não-iônicos as alcanolamidas graxas são as que possuem maior utilização
em
preparações
espumógenas,
principalmente
em
xampus,
por
apresentarem poder espessante pelo aumento da reserva de viscosidade, ou seja, por permitirem maior absorção de água e maior resistência a eletrólitos, estabilização de espuma, pela solubilização dos ésteres graxos, glicóis, álcoois, óleos essenciais,
lanolina, etc., efeito sobrengordurante (recondicionamento), devido à estrutura graxa e ao baixo poder de detergência, reduz o efeito de ressecamento causado pelos tensoativos aniônicos. Os íons de sulfato vão atacar a alcanolamida, e o sódio vai se juntar a molécula de sulfito que vai estar ma alcanolamida, formando assim a parte polar do detergente, e o restante da molécula formando a parte apolar.
Figura 1: Dietanolamida de ácido graxo. Acima esta a figura de um ácido graxo não iônico, que pode ser comparado a alcanolamida. O ácido vai atacar a parte polar da molécula, onde estão presentes as hidroxilas, e vai formar a ácido graxo com o íon sulfito, assim o sódio vai se ligar ao oxigênio deste íon formando a parte polar da molécula.
Figura 2: Estrutura química de um detergente comum.
Esta figura acima é de um detergente comum, que é praticamente a mesma estrutura do detergente formado na prática. Os detergentes mais comuns são sais derivados do ácido sulfúrico (H 2SO4), que é um ácido forte e traz mais danos ao meio ambiente. Por isso, há a presença do enxofre (S) na estrutura do detergente. A matéria-prima básica dos detergentes é o petróleo, que é um recurso energético fóssil não renovável. Além disso, o caso mostrado acima é de um detergente biodegradável, porém existem alguns detergentes, que são aqueles que apresentam ramificações na sua estrutura, que não são biodegradáveis, ou seja, não são degradados pelos microrganismos e se forem despejados em rios e lagos podem causar graves efeitos ambientais com consequente morte de diversos peixes, algas, insetos e aves aquáticas.
O corante e a essência foram utilizados para apenas aspectos organolépticos melhores, pois estes reagentes não interferem na ação detergente o produto. O sal adicionado (cloreto de sódio) tem a finalidade de aumentar a viscosidade do produto, sendo também para apenas um aspecto visual, mas sendo um pouco viscoso e ele ajuda no controle para não haver desperdício. O pH da solução foi ajustado com o ácido cítrico, pois a ação detergente se da pela formação das micelas, e se o pH não for neutro não vai ocorrer a formação das mesma. Micelas são estruturas em que várias moléculas de sabão se agregam, formando uma estrutura esférica. No interior dessa esfera se localizam as cadeias hidrocarbônicas do sabão, juntamente com as gorduras, interagindo entre si através de interações de van der Waals; por outro lado, os grupos carboxilato ficam na superfície da micela, voltados para o solvente (água), e interagindo com este através de interações do tipo ligação de hidrogênio e íon-dipolo. A formação da micela minimiza a repulsão entre as cadeias hidrocarbônicas e as moléculas de água e permite a dispersão da gordura no ambiente aquoso. Entretanto, as micelas só se formam a partir de uma determinada concentração de sabão em água, a chamada concentração micelar crítica (CMC). O pH não pode ser ajustado com uma base, pois as micelas iriam ser destruídas. O nosso detergente inicialmente era apenas uma espuma bem espessa, isso se deve pela velocidade da agitação feita no preparo do produto, vendo que a agitação deveria ser constante, mas não deveria ser rápida para evitar a formação da espuma. Após 12h (no dia seguinte após a prática), pode-se observar a formação do próprio detergente, isso se deve, pois a tensão superficial entre as bolhas vai diminuindo com o tempo, formando assim o detergente liquido. Utilizou-se 15,30 mL de solução de hidróxido de sódio, que foi aproximadamente 1,5 % do volume da solução final. E a solução deveria ficar neutra com a adição deste hidróxido, para assim a perfeita formação do detergente. O volume final do produto não foi de um litro exato como previsto, pois a formação da espuma dificultou na visibilidade e também na percepção do volume final do produto.
4 Conclusão
Pode-se inferir que a partir da pratica pôde-se fazer o detergente líquido, que pode ser utilizado para a limpeza de diversos materiais, e o detergente tem uma alta ação de detergência. Pode-se observar que diversos fatores influenciam na fabricação do produto, como uma alta agitação, uma excesso de reagentes, entre outros.
Referências
[1] PRODUÇÃO DE DETERGENTE Disponível em: < http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAVYoAI/processos-quimicos-industriais-2-industriadetergente?part=2> Acesso em 14 de julho de 2 013;
[2] DETERGENTE Disponível em: < http://quimicaambiente.blogspot.com.br/2007/11/produo-artesanal-de-sabo.html> Acesso em 14 de julho de 2013; [3] TENSOATIVOS Disponível em: < http://www.iq.ufrgs.br/aeq/html/publicacoes/matdid/livros/pdf/sabao.pdf> Acesso em 14 de julho de 2013.
