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INTRODUÇÃO
Os sabões e os detergentes são emulsificantes que utilizamos em nossa vida
diária (usualmente, os emulsificantes sintéticos são chamados de detergentes). Eles
agem não apenas em sistemas de gases dispersos em líquidos (espuma), mas
também em sistemas de dois materiais que normalmente não se dissolvem um no
outro (duas fases distintas), causando a formação de emulsões. A substância
emulsificante age diminuindo a diferença de tensão superficial (isto é, a repulsão
mútua) entre as duas fases, de modo que uma passe a ‘molhar’ a outra.
Os sabões e detergentes podem ser produzidos a partir de sais de diferentes
substâncias, que podem ter ânions moleculares (sabões/detergentes aniônicos) ou
cátions moleculares (detergentes catiônicos). A característica comum entre seus
íons moleculares é possuir uma parte apolar, em geral uma longa cadeia
hidrocarbônica, e uma extremidade polar.
Neste trabalho de conclusão de curso nos ateremos em estudar a fabricação
de detergentes em pó abordando o conceito, história e o processo de fabricação. O
objetivo de relatarmos a história é que desde tempos muitos antigos, a remoção de
sujeira depositada sobre as roupas e/ou utensílios tem sido uma preocupação para o
homem em função da higiene, saúde e estética.
Atualmente consumimos uma enorme quantidade de produtos derivados de
sabões e detergentes em nosso cotidiano. Por esse motivo, saber como essas
substâncias são produzidas, como agem e como são degradadas pela natureza,
torna-se fator importante para que nossa interação com o meio seja mais consciente.
Estes produtos para serem vendidos ao consumidor, devem ser seguros e
apresentarem resultados de aplicação conforme indicação de uso. Todos os
fabricantes são obrigados a seguir normas legais e técnicas, e obter autorização do
Ministério da Saúde para cada produto saneante colocado à venda.
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1 ALGUNS CONCEITO DE PRODUTOS PARA FABRICAÇÃO DE DETERGENTE EM PÓ.
1.1 Saneantes
As substâncias químicas têm a propriedade de interagir umas com as outras
de várias formas e, quando associadas, podem somar estas propriedades e gerar
produtos formulados que auxiliam nas mais diversas necessidades, como, por
exemplo, os produtos de limpeza. (LIMA FILHO, 2007).
Estes produtos, tecnicamente denominados Saneantes, são definidos pela
Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) como aqueles destinados à
higienização, desinfecção ou desinfestação domiciliar, em ambientes coletivos e/ou
públicos, em lugares de uso comum e no tratamento da água, e têm sua
regulamentação sob a responsabilidade da Gerência Geral de Saneantes
(GGSAN) daquele órgão.
Para a ANVISA (2003) todos os produtos usados na limpeza e conservação
de ambientes (casas, escritórios, lojas, hospitais) são considerados saneantes.
Os saneantes são importantes na limpeza de nossas casas e de outros locais,
pois acaba com sujeiras, germes e bactérias, evitando, assim, o aparecimento de
doenças causadas pela falta de limpeza dos ambientes.
Segundo Lima Filho (2007), dentre as categorias de saneantes, podem ser
destacados:
• Os produtos de limpeza geral, como os sabões, os detergentes, os
alvejantes, as ceras/lustradores/polidores, os removedores;
• Os produtos com ação antimicrobiana, como os desinfetantes e os
esterilizantes;
• Os desinfetantes, como os inseticidas, os produtos para jardinagem
amadora, os raticidas e os repelentes, que são aqueles produtos usados
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com o intuito de matar, controlar ou repelir vetores indesejáveis, como, por
exemplo, baratas, mosquitos, formigas, dentre outros.
Nosso interesse, nesta monografia, é a fabricação de detergentes em pó.
1.2 Tensoativos
Conforme sabemos que tanto sabões como detergentes pertencem a um
mesmo grupo de substâncias químicas - os tensoativos. Como vimos anteriormente,
um tensoativo é uma substância capaz de reduzir a tensão superficial de um líquido
devido a realização de interações intermoleculares entre as moléculas do líquido e
as do tensoativo. Estas interações reduzem a tensão superficial do líquido, pois são
de natureza diferente das interações entre as moléculas do líquido.
Existem quatro tipos de tensoativos. Os sabões e os e detergentes pertencem
ao mesmo grupo de tensoativos, chamados de tensoativos aniônicos. Existem ainda
os tensoativos catiônicos, não-iônicos e anfóteros. A utilização destes tipos de
tensoativos abrange uma enorme quantidade de produtos, desde xampus até
aditivos alimentares.
Figura 1 Constituição dos tensoativos Fonte: Bezerra (2007)
Grupo Lipofílico (apolar)
Grupo Hidrofílico (polar)
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1.2.1 Tensoativos Aniônicos e não-iônicos
Os tensoativos não-iônicos (Figura 2) 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 emulsionantes. (PEDRO, 2008).
Os tensoativos aniônicos possuem como grupo hidrófilo1 um radical com
carga negativa. Dentre os tensoativos aniônicos encontramos os sabões e os
detergentes comuns. A Figura 4 que apresenta as partes hidrófilas da molécula de
detergente.
─(OCH2CH2)nOH
Figura 2. Tensoativos não-iônicos Fonte: Shreve e Brink Jr. (1997)
Figura 3 - Exemplo esquemático de tensoativos não-iônico Fonte: Silva; Ponzetto; Rosa. (2008)
1 Parte da molécula do tensoativo que interage com as moléculas de água.
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R-COO- R-SO-
3 R-O-SO-3
Sabão Detergentes R: Radical carbônico
Figura 4. Tensoativos aniônicos Fonte: Zago Neto e Del Pinho (Cop. 2008)
Figura 5 - Exemplo de tensoativos aniônicos Fonte: Silva; Ponzetto; Rosa. (2008)
1.2.2 Tensoativos Catiônicos
Os tensoativos catiônicos possuem como parte hidrofílica da cadeia um
radical com carga positiva, ou seja, nestes tensoativos quem interage com a água é
uma parte da molécula que possui caráter positivo, ao contrário dos tensoativos
aniônicos. Por suas propriedades germicidas, estes são muito utilizados como
desinfetantes. São produzidos a partir de derivados alquil ou aril2 do cloreto, brometo
ou sulfato de amônio. Também podem ser obtidos a partir da piridina, do imidazol e
da isoquinolina. Os produtos obtidos são chamados de quaternários de amônio. A
Figura 6 apresenta a parte hidrófila da estrutura dos detergentes catiônicos e um
composto catiônico muito usado como bactericida.
2 Derivados alquil são aqueles derivados de hidrocarbonetos saturados de cadeia linear. Já os derivados aril são aqueles obtidos através de hidrocarbonetos aromáticos.
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RnX+Y-
R representa uma ou mais cadeias hidrofóbicas
Figura 6 - Tensoativo catiônico Fonte: Maniasso (2001)
Figura 7 - Exemplo de tensoativo catiônico Fonte: Zago Neto; Del Pino. (2008)
1.2.3 Tensoativos anfóteros
Os tensoativos anfóteros são caracterizados por apresentarem, na mesma
molécula, grupamentos positivo e negativo. O grupamento positivo é, normalmente,
representado por um grupo de nitrogênio quaternário e o negativo por um grupo
carboxilato ou sulfonato. Propriedades como solubilidade, detergência, poder
espumante e poder umectante dos tensoativos desta classe estão condicionados,
principalmente, ao pH do meio e ao comprimento da cadeia que os constitui. O
grupo polar positivo é mais pronunciado em pH menor que 7 ao passo que o grupo
polar negativo é mais pronunciado em pH maior que 7. (PEDRO, 2008)
Figura 8 - Exemplo de tensoativo anfótero Fonte: Zago Neto; Del Pino. (2008)
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1.3 Detergência
Kissa (Apud Sanctis, 1997) define detergência como sendo o processo de
remoção de uma substância indesejável (sujeira líquida ou sólida) de um substrato
imerso em meio aquoso ou não aquoso, geralmente com aplicação de uma força
mecânica, na presença de uma substância química (surfactante) com poder de
diminuir a adesão da sujeira ao substrato. O processo se completa quando a sujeira
é mantida em suspensão e removida através do enxágüe.
Ainda citando Kissa (1981), o mecanismo de detergência envolve a adsorção
do tensoativo na interface sujeira/substrato permitindo a umectação das superfícies
pela água com conseqüente remoção da sujeira na forma líquida emulsionada ou
sólida dispersa Os tensoativos aniônicos e não iônicos atuam por diferentes
mecanismos para evitar a redeposição da sujeira removida. Tensoativos aniônicos
geram carga superficial concentrada que atrai os contra íons da solução formando
duas camadas de polaridades opostas conhecidas como dupla camada elétrica que
promove a repulsão das partículas sólidas dispersa e dos glóbulos coloidais
emulsionados, deixando assim, a sujeira em suspensão. Já os tensoativos não
iônicos não se dissociam em água, mas adsorvem-se sobre a superfície das
partículas com seus grupos hidrófilos fortemente hidratados, via pontes de
hidrogênio, formando uma camada espessa na solução, chamada barreira estérica.
(Apud SANCTIS, 1997).
Com a dissolução de uma molécula de tensoativo em água, as moléculas de
tensoativo migram para a superfície da água, acumulam-se e orientam-se nesta,
com a parte hidrofóbica voltada para o ar e a parte hidrofílica voltada para a solução,
reduzindo a tensão superficial, pois a atração mútua entre as moléculas de
tensoativo é menor que a da água. Quando é atingida a concentração limite de
moléculas de tensoativo na superfície tem-se a formação de agregados moleculares
no interior da solução, de dimensões coloidais, chamados de micelas. (SANCTIS,
1997)
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As micelas são estruturas geralmente esféricas, de natureza coloidal,
formadas de tal modo que as partes não polares do detergente se orientam para o
interior da mesma, criando assim, uma superfície iônica. Podemos dizer que as
soluções de tensoativos formam sistemas dinâmicos onde as micelas estão
continuamente sendo formadas e destruídas. Essa característica das soluções de
detergentes é importante para o processo de remoção das sujidades, que envolve o
deslocamento das partículas de sujeiras de natureza lipofílica para o interior das
micelas e a estabilização das mesmas de modo a mantê-las em suspensão,
evitando que a sujeira volte a depositar-se sobre a superfície que está sendo limpa.
Figura 9: Representação de um agregado micelar. Fonte: Oliveira (2007)
Em laboratório, a detergência é avaliada pela lavagem de tecidos sujos
padrão (EMPA 101)3, determinando-se a quantidade de sujeira removida ou
redepositada por medidas de reflectância4 feitas antes e depois da lavagem.
(SANCTIS, 1997)
3 A detergência é avaliada em tergotômetro utilizando-se o método ASTM D 3050 - 75, que compreende a lavagem de tecidos sujos padrões EMPA 101 (tecido de algodão impregnado com sujeira de óleo de oliva e negro de fumo) em solução de concentração de 0,2 g/l e temperatura de 25 ºC, com determinação da quantidade de sujeira removida através de medidas de reflectância feitas antes e depois da lavagem dos tecidos utilizando-se um reflectômetro. 4 Reflectância é a proporção entre o fluxo de radiação eletromagnética incidente numa superfície e o fluxo que é refletido.
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Quanto maior o valor da diferença da reflectância entre o tecido sujo e lavado,
maior a detergência. O tecido de algodão branco é utilizado para avaliação de
reposição de sujeira. Neste caso, quanto maior o valor negativo da diferença de
reflectância, menor o poder do tensoativo em manter a sujeira em suspensão.
Segundo Sanctis (1997) os resultados de lavagem são afetados pelas
propriedades e tipos dos substratos, tipo de sujeira, composição da água, técnica de
lavagem (ação mecânica, tempo e temperatura) e, particularmente importante, pela
composição detergente. Para dada temperatura e técnica de lavagem, a eficiência
de limpeza depende da interação entre o substrato, sujeira e componentes do
detergente.
As interações entre os vários componentes da sujeira também devem ser
consideradas, sendo a água o solvente do sistema de lavagem, a sujeira pode ser
solúvel ou insolúvel neste meio. A dissolução e remoção da sujeira em água são
diretas. A remoção de sujeiras especiais de superfície por detergentes pode ser
acompanhada por uma reação química.
É possível encontrar substâncias tensoativas que promovem a ação de
detergência (limpeza) em xampus, óleos lubrificantes, detergentes, dentrifícios,
sabonetes, etc. A detergência depende da eficiência da substância tensoativa em
solubilizar a sujeira e transportá-la no meio aquoso. A facilidade de formar espuma
em meio aquoso é também uma das características das substâncias que modificam
a tensão superficial da água (agentes tensoativos). Contudo, a mesma substância
pode ser excelente para formar espuma e ter baixa ação detergente, ou ser um
eficiente detergente e não formar praticamente espuma. (MOITA NETO, 2006).
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2 DETERGENTE EM PÓ
2.1 A história do sabão
De acordo com Shreve e Brink Jr. (1977), o sabão, na verdade, nunca foi
descoberto, mas surgiu gradualmente de misturas brutas de materiais alcalinos e
matérias graxas.
Segundo Santos (2008) já nos primeiros anos da era cristã, os gauleses
ferviam sebo e cinzas para fabricar uma forma primitiva de sabão. Conhecido pelos
romanos e fenícios e artigo de luxo na Idade Média, o sabão tornou-se produto de
uso generalizado a partir do século XIX. Desde a segunda guerra mundial, a
fabricação de sabão a partir de materiais naturais vem diminuindo em benefício do
detergente sintético.
Tecnicamente, a indústria do sabão nasceu muito simples e os primeiros
processos exigiam muito mais paciência do que perícia. Tudo o que tinham a fazer,
segundo a história, era misturar dois ingredientes: cinza vegetal, rica em carbonato
de potássio, e gordura animal. Então, era esperar por um longo tempo até que eles
reagissem entre si. O que ainda não se sabia era que se tratava de uma reação
química de saponificação.
Os primeiros aperfeiçoamentos no processo de fabricação foram obtidos
substituindo as cinzas de madeira pela lixívia rica em hidróxido de potássio, obtida
passando água através de uma mistura de cinzas e cal. Porém, foi somente a partir
do século XIII que o sabão passou a ser produzido em quantidades suficientes
para ser considerado uma indústria. (CAMPOS, 2007)
Até os princípios do século XIX, pensava-se que o sabão fosse uma mistura
mecânica de gordura e álcali. Foi quando Chevreul, um químico francês, mostrou
que a formação do sabão era na realidade uma reação química. Nessa época,
Domier completou estas pesquisas, recuperando a glicerina das misturas da
saponificação. (SHREVE E BRINK JR. 1977).
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Durante 2.000 anos, os processos básicos de fabricação de sabões
permaneceram praticamente imutáveis. As modificações maiores ocorreram no
pré-tratamento das gorduras e dos óleos, na obtenção de novas e melhores
matérias-primas, no processo de fabricação e no acabamento do sabão, por
exemplo, na secagem por atomização para obtenção do sabão em pó. (SHREVE E
BRINK JR. 1977).
2.2 Detergente
Sabão e detergente são compostos químicos destinados à limpeza. Os
detergentes são produtos sintéticos destinados a remover detritos de superfícies
sólidas, lisas ou porosas. O sabão é, na verdade, um tipo mais simples de
detergente e compreende todos os sais de ácidos graxos. Os sabões se dividem
em duros, ou sódicos, e moles, ou potássicos. Quando tanto o sódio como o
potássio estão presentes em sua composição, o sabão se classifica segundo a
base preponderante. (SANTOS, 2008)
O verbo detergir (do latim detergere) significa “limpar ou purificar por meio de
substâncias ou ingredientes químicos”. (MOITA NETO, 2006)
A Agência Nacional de Vigilância Sanitária - ANVISA - estabeleceu normas a
serem obedecidas pelos detergentes e seus congêneres (Resolução Normativa nº
1/78). Segundo esta resolução, a ação de detergência “é o processo de remoção de
sujidade usando um detergente ou tenso-ativo” e “detergente é um produto
formulado para promover o fenômeno da detergência, compreendendo um composto
básico ativo (agente tenso-ativo) e componentes complementares (coadjuvantes,
sinergistas, aditivos e produtos auxiliares)”.
Os tensoativos ou surfactantes são substâncias que têm, em sua estrutura
química, uma parte polar (hidrofílica) e outra apolar (lipofílica). Isto lhes confere
propriedades especiais que permitem sua utilização em diversos campos, dentre os
quais se destaca a detergência. Um dos agentes tensoativos mais conhecidos é o
dodecil sulfato de sódio ou lauril sulfato de sódio, cuja fórmula é:
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CH3(CH2)10-CH2-O-(SO3)1- Na1+.
Neste composto, a cadeia carbônica apolar auxilia na solubilização de
compostos orgânicos presentes na sujeira e o grupo sulfato (polar) facilita o
transporte no meio aquoso. É possível encontrar substâncias tensoativas que
promovem a ação de detergência em xampus, óleos lubrificantes, detergentes,
dentrifícios, sabonetes, etc. A detergência depende da eficiência da substância
tensoativa em solubilizar a sujeira e transportá-la no meio aquoso. A facilidade de
formar espuma5 em meio aquoso é também uma das características das substâncias
que modificam a tensão superficial da água (agentes tensoativos). Contudo, a
mesma substância pode ser excelente para formar espuma e ter baixa ação
detergente, ou ser um eficiente detergente e não formar praticamente espuma.
(MOITA NETO, 2006).
A escolha do tensoativo que entra numa formulação de um produto comercial
depende de sua finalidade e do desejo do consumidor. Para uma cerveja, o
tensoativo deve formar espuma sem ter ação detergente. No óleo lubrificante, o
tensoativo deve ser eficiente na detergência sem formar espuma. No xampu, em
geral, formação de espuma e ação detergente são importantes no mesmo produto
comercial, pois o consumidor quer a limpeza (detergência), mas acredita que é a
abundância de espuma que a favorece. (MOITA NETO, 2006)
Segundo Oliveira, (2007), entre os álcoois primários de cadeia linear que se
obtém das gorduras - ou de outros modos - os de C8 e C10 são utilizados na
produção de ésteres de alto ponto de ebulição, usados como plastificantes (como
por exemplo, o ftalato de octila). Os álcoois de C12 a C18 são utilizados em
quantidades enormes na manufatura de detergentes (produtos tensoativos para
limpeza).
5 A espuma é formada por um grande número de pequenas bolhas de gás espalhadas (dispersas) em uma fase líquida. Uma fina película de líquido separa as bolhas de gás entre si. Quando o líquido é a água, as bolhas não duram muito tempo, pois a película fina se rompe rapidamente, liberando o gás contido em seu interior. É o que se observa ao se dissolver um comprimido efervescente. A reação que libera o gás ocorre entre o bicarbonato de sódio e o ácido cítrico, presentes no comprimido. Um meio de estabilizar a película líquida é adicionar à água um emulsificante, isto é, uma substância que evite que a película se rompa muito rapidamente.
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Embora os detergentes sintéticos difiram significativamente uns dos outros
quanto a estrutura química, as moléculas de todos têm uma característica em
comum, também apresentada pelas de sabão comum: são anfipáticas, com uma
parte apolar muito grande, de natureza de hidrocarboneto, solúvel em óleo, e uma
extremidade polar, solúvel em água. Um tipo deles resulta da conversão dos álcoois
de C12 a C18 em sais de hidrogenosulfato de alquila. Por exemplo:
Neste caso, a parte apolar é a longa cadeia alquílica e a parte polar é o -
SOO3-Na+.
Pelo tratamento dos álcoois com óxido de etileno, obtém-se um detergente
não-iônico:
A possibilidade de formação de pontes de hidrogênio entre as moléculas da
água e os numerosos átomos de oxigênio do etoxilato tornam a parte terminal de
poliéter solúvel em água. Os etoxilatos também podem ser convertidos em sulfatos,
sendo utilizados na forma de sais de sódio. (OLIVEIRA, 2007)
Os sais de sódio dos ácidos alquilbenzeno-sulfônicos são os detergentes
mais utilizados. Para obtenção destes detergentes, liga-se primeiramente o grupo
alquil de cadeia longa a um anel benzênico pela utilização de um haleto de alquila,
de um alceno ou de um álcool conjuntamente com um catalisador de Friedel-Crafts
(AlCl3); em seguida, efetua-se a sulfonação e, finalmente, a neutralização:
(OLIVEIRA, 2007).
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Figura 10 - Reação de alquilação por substituição nucleofílica aromática em haleto de alquila. Fonte: Oliveira (2007)
Figura 11 – Mecanismo da reação de sulfonação Fonte: Oliveira (2008)
O primeiro passo, em que se forma o trióxido de enxofre (SO3), eletrófilo, é
simplesmente um equilíbrio ácido-base, desta vez, porém, entre duas moléculas de
ácido sulfúrico. Na sulfonação utiliza-se geralmente o ácido sulfúrico fumegante, ou
seja, aquele onde é dissolvido excesso de SO3; mesmo quando se utiliza apenas
ácido sulfúrico, crê-se que o SO3 formado na reação (1) possa ser o eletrófilo. Na
reação (2) o reagente eletrofílico, SO3, liga-se ao anel benzênico com formação de
um carbocátion intermediário. Embora o trióxido de enxofre não tenha cargas
positivas, tem deficiência de elétrons (carga parcial positiva) sobre o átomo de
enxofre, pois os três átomos de oxigênio, mais eletronegativos, retiram-lhe elétrons
por indução. Na terceira etapa o carbocátion cede um próton para o ânion HSO4- e
forma o produto de substituição estabilizado por ressonância que é, desta vez, um
ânion - o do ácido benzeno-sulfônico; este ácido, por ser forte, encontra-se
AlCl3
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altamente ionizado (na etapa 4, o equilíbrio está muito deslocado para a esquerda).
Com alguns substratos aromáticos e certos acidulantes, o eletrófilo pode ser HSO3+
ou moléculas que possam facilmente transferir SO3 ou HSO3+ para o anel aromático.
(OLIVEIRA, 2007)
Figura 12 - Esquema mini-fábrica Sulfonação
O término da síntese do detergente dá-se pela neutralização do ácido
benzenosulfônico, formando o sal hidrossolúvel.
Figura 13 - Neutralização do ácido benzenosulfônico. Fonte: Oliveira, 2007
Geração de ar
Tratamento do ar
Queima do Enxofre (Geração SO2)
Resfriamento do SO2
Geração de SO3(Conversão)
Resfriamento do SO3
Produção de ÁcidoSulfônico
Tratamento de Gases
CatalisadorAr Atmosférico
Enxofre
Ar Livre de Resíduos Para a atmosfera
Ar Atmosférico
Ácido Sulfônico
Alcane
Ar Atmosférico Gases
Residuais
Geração de ar
Tratamento do ar
Queima do Enxofre (Geração SO2)
Resfriamento do SO2
Geração de SO3(Conversão)
Resfriamento do SO3
Produção de ÁcidoSulfônico
Tratamento de Gases
CatalisadorAr Atmosférico
Enxofre
Ar Livre de Resíduos Para a atmosfera
Ar Atmosférico
Ácido Sulfônico
Alcane
Ar Atmosférico Gases
Residuais
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Estes detergentes atuam essencialmente da mesma maneira que o sabão. A
sua utilização oferece, entretanto, certas vantagens: Por exemplo, os fulfatos e
sulfonatos mantêm-se eficazes em água dura devido ao fato de os correspondentes
sais de cálcio e magnésio serem solúveis. Visto serem sais de ácidos fortes,
produzem soluções neutras, ao contrário dos sabões que, por serem sais de ácidos
fracos, originam soluções levemente alcalinas. (OLIVEIRA, 2007)
Na figura 14, pode-se ver a reação de formação de um detergente.
Figura 14 – Reação de formação de um detergente Fonte: Zago Neto, Del Pino, 2008.
Na figura 15, pode-se ter melhor visão da fabricação dos detergentes com as
substâncias químicas acima relacionadas.
SUBSTITUINTE ORGÂNICO
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Figura 15 – A química dos detergentes Fonte: ZAGO NETO, DEL PINO, 2008.
OS DETERGENTES
PRODUÇÃO DOS DETERGENTES
TENSOATIVOS ADITIVOS ÁLCOOIS
NÃO-IÔNICOS CATIÔNICOS ANIÔNICOS ALCENOS
TENSOATIVOS ANFÓTEROS REAÇÃO DE ALQUILAÇÃO
REAÇÃO DE SULFONAÇÃO
DETERGENTE
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2.2.1 Funções dos detergentes.
Conforme Evangelista (2003), por sua composição apresentar diferentes
elementos químicos, os detergentes devem ser conhecidos quanto as suas
características, bem como suas condições de emprego. Principais funções dos
detergentes:
� De abrandamento: possibilitam a alteração ou anulação da dureza da
água. Os polifosfatos e os ortofosfatos alcalinos abrandam a água; os primeiros por
sequestração e os segundos por precipitação dos agentes da dureza;
� De dispersão: produzem a dispersão de aglutinados em flocos reduzindo-
os a pequenas partículas. Os dispersantes ou desfloculantes atuam de uma maneira
que as películas de minerais não se depositem novamente, fornecendo a dispersão
dos resíduos. Tornam assim a operação de limpeza muito mais fácil;
� De dissolução: transformam os resíduos insolúveis em substâncias
solúveis em água;
� De emulsificante: reduzem as substâncias graxas a inúmeras partículas,
possibilitando a formação de emulsão de água e glóbulos graxos. Esse novo estado
facilita a operação posterior de limpeza;
� De enxagüamento: tem por finalidade remover da superfície qualquer tipo
de suspensão ou de solução; tornando-as partículas de fácil remoção pela água;
� De umectação: atuam por contato da água sobre as sujidades em toda a
superfície do equipamento. Essa ação é permitida pela diminuição da tensão
superficial do meio aquoso, conferindo a água melhor contato com a superfície dos
resíduos e dos equipamentos;
� De penetração: o líquido se introduz através de substâncias porosas, de
orifícios, de fissuras ou de pequenas aberturas, nas sujidades. Sua ação é parecida
com os dispersantes;
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� De peptização: atuam sobre proteínas, dispersando-as e produzindo
colóides em parte solúveis;
� De saponificação: por ação química entre os detergentes e as gorduras,
estas são saponificadas, dando sabões que, em seguida, são retirados do meio.
� De seqüestro: por formação de quelantes, impedem a deposição de sais
minerais e, com isso a sua remoção das superfícies.
� De suspensão: mantém as partículas insolúveis, impedem a sua
deposição sobre as superfícies de contato. Isso acontece em razão de maior força
atrativa existente entre os resíduos e a superfície do equipamento.
2.2.2 Composição básica
Segundo Santos, (2008) os componentes de um detergente de lavar roupa
estão divididos em três grupos: Estruturais, Ingredientes para Alta Performance
(aditivos) e Ingredientes Adicionais.
Estruturais:
Surfactantes: São os componentes mais importantes dos detergentes, pois
tem a finalidade de diminuir a tensão superficial da água proporcionando o
“molhamento“ das sujeiras.
Seqüestrastes: Sua função é a de amaciar a água através da
desmineralização. Isso ajuda os tensoativos a trabalharem com mais eficiência. Eles
também ajudam a emulsificar óleos e gorduras reduzindo-os a pequenos glóbulos.
Além disso, são capazes de retirar sais que ficam incrustados nos tecidos
provocando o seu encardido.
Branqueadores: Ópticos: São substâncias solúveis em água que aderem às
fibras dos tecidos. Estas substâncias absorvem a luz ultravioleta (invisível) que
incide sobre os tecidos reemitindo luz azulada (visível). Essa luz azulada neutraliza a
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cor amarelada típica de tecidos encardidos, proporcionando uma impressão de
brancura e brilho.
Corantes e Perfumes: São aditivos que não tem ação sobre o processo de
lavagem. Vários tipos de fragrâncias são usados na fórmula dos detergentes para
perfumar as roupas. Além de diferenciarem os diversos tipos de detergentes pelo
cheiro, elas bloqueiam o desagradável odor da água utilizada na lavagem, e podem
deixar um leve aroma nos tecidos que foram lavados. Os corantes por sua vez, são
utilizados apenas como um fator estético na visualização do produto quando este
esta sendo utilizado. O pó pode ser azul, verde, branco, possuir grânulos coloridos,
etc.
Ingredientes de alta performance:
Alvejante (bleach): São oxidantes à base de cloro ou de oxigênio, que atuam
destruindo os corantes responsáveis pelas manchas. Na verdade as manchas
permanecem, porém ficam invisíveis.
Enzimas: São proteínas que aceleram a ação química dos detergentes,
atacando certos tipos de sujeira. Isto faz com que a sujeira seja mais rapidamente
retirada pelo detergente e pela água.
Agente Anti-redepositante: A função principal desse componente é não
permitir que a sujeira em suspensão na água, retorne ao tecido.
Ingredientes adicionais:
Inibidor de Espuma: Como o próprio nome diz, são componentes que
controlam a formação de espuma. Nível de espuma menor facilita o enxágüe e ajuda
a economizar água.
Amaciante: Os amaciantes normalmente são usados como produto separado,
ma podem estar embutidos na fórmula dos detergentes. Eles reduzem a eletricidade
estática deixando os tecidos macios.
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2.3 Processo de fabricação de detergente em pó
A fabricação de detergente em pó pelo método da atomização tem três
passos principais: (1) preparação da pasta; (2) secagem em torre de atomização e
(3) tratamento de grânulos. (Figura 17) Os três principais componentes do
detergente em pó são os surfactantes (que removem a sujeira e outros materiais
indesejáveis), os abrandadores (que tratam a água de forma a se obter o máximo
desempenho do surfactante) e aditivos, que melhoram o desempenho da limpeza.
Dentre os possíveis aditivos, podem-se citar os alvejantes, os ativadores de
alvejantes, os agentes antiestáticos, os amaciantes de tecidos, os branqueadores
ópticos, os agentes de antirredeposição e cargas. A pasta de detergente é produzida
pela mistura do surfactante líquido com materiais na forma de pós e grânulos
(abrandadores e outros aditivos) em um tanque-misturador fechado chamado de
crutcher. (UCHIMURA, 2006)
É feita uma pré-mistura de vários ingredientes menos importantes em uma
variedade de equipamentos antes de carregá-los no crutcher.
O surfactante líquido usado para se fazer a pasta é produzido in loco pela
sulfonação de um composto alquílico linear ou de um ácido graxo, que é em seguida
neutralizado com uma solução cáustica contendo hidróxido de sódio. A pasta
preparada é mantida em um vaso pulmão e bombeada continuamente à torre de
secagem por atomização. (UCHIMURA, 2006).
As reações que usamos para a fabricação do detergente em pó, segundo
Shreve e Brink Jr (1977). Serão apresentadas nos itens a seguir:
2.3.1 Sulfonação linear de um alquilbenzeno.
O Alquilbenzeno Linear Sulfonado-LAS é o precursor do LASNa (Linear
Alquilbenzeno Sulfonato de Sódio), o tensoativo mais utilizado no mercado mundial
de detergentes. A sua utilização em uma extensa gama de formulações está ligada
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ao seu grande poder removedor de sujeiras, particularmente no algodão, sua boa
solubilidade, seu elevado poder de espuma, sua irrestrita compatibilidade com o
meio ambiente e seu baixo custo. (DETEN, 2007)
O Alquilbenzeno Linear Sulfonado-LAS é o precursor do LASNa (Linear
Alquilbenzeno Sulfonato de Sódio), o tensoativo mais utilizado no mercado mundial
de detergentes. A sua utilização em uma extensa gama de formulações está ligada
ao seu grande poder removedor de sujeiras, particularmente no algodão, sua boa
solubilidade, seu elevado poder de espuma, sua irrestrita compatibilidade com o
meio ambiente e seu baixo custo. O LAS é empregado em diversos tipos de
formulações de detergentes para lavagem de roupas, incluindo pós de densidade
moderada e alta, líquidos concentrados, pastas e barras. Ainda dentro do setor de
limpeza doméstica, é utilizado na formulação de detergentes para a lavagem manual
de louças. O LAS é também encontrado na formulação de detergentes do setor
industrial e institucional (lavagem de roupa e limpeza de superfícies) com também
em pesticidas agrícolas e em processos específicos de limpeza e na preparação de
emulsões para fluidos lubrificantes, no processamento de metal e flotação de
minérios. É utilizado ainda como agente emulsificante nas reações de polimerização
no setor petroquímico. (DETEN, 2007)
2.3.2 Álcool sulfatado
Álcool Sulfatado é obtido pela sulfatação de álcool graxo, com característica
tensoativa, empregado principalmente na produção de detergentes.
Figura 16 – Estrutura molecular de um alquilbenzeno Suylfonado linear Fonte: Penteado, et al, 2006.
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Para Shreve e Brink Jr. (1977), o alquilbenzeno (AB) é introduzido
continuamente no sulfonador, com a quantidade necessária de óleum6, usando-se o
mecanismo de banho dominante para controlar o calor da conversão de sulfonação7
e manter a temperatura a cerca de 54ºC (Cq e Op). Na mistura sulfonada, são
injetados o álcool graxo do talol e outra alíquota de óleum. O conjunto é bombeado
para o sulfatador, que também opera no mecanismo do banho dominante, para que
a temperatura seja mantida entre 49 e 54ºC (Cq e Op); assim é obtida uma mistura
de agentes tensioativos.
2.3.3 Neutralização
Segundo Shreve e Brink Jr (1977) o produto sulfonado e sulfatado8 é
neutralizado por uma solução de NaOH em condições controladas de temperatura,
para manter-se a fluidez da polpa de surfactantes. A polpa de surfactantes é dirigida
para o depósito.
A polpa de surfactantes, o tripolifosfato de sódio e a maior parte dos diversos
aditivos são introduzidos na máquina misturadora. Remove-se considerável
quantidade de água e a pasta é espessada pela reação de hidratação de
tripolifosfato:
Na5P3O10 + 6H2O Na5P3O106H20
Tripolifosfato Tripolifosfato de sódio de sódio hexaidratado
6 Ácido sulfúrico fumegante é também conhecido como óleum e corresponde ao ácido sulfúrico não diluído em água, mas misturado a SO3. 7 Sulfonação é processo químico pelo qual o grupo ácido sulfônico (-SO
3H) ou grupo haleto de sulfoníla (-SO
2X)
é introduzido em um composto orgânico através da formação de ligações carbono-enxofre ou nitrogênio-enxofre (N-sulfonatos ou sulfamatos). (BARCZA, 2008) 8 Sulfatação envolve a introdução do mesmo grupo –-SO
3H em álcoois, alifático ou aromático, através da
formação de ligação carbono-oxigênio produzindo sulfatos ácidos (R-OSO2OH) ou introdução de –SO
4- entre
dois carbonos resultando em sulfatos de alquila (R-OSO2O-R). (BARCZA, 2008).
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A mistura é bombeada para um piso superior, onde é atomizada sob alta
pressão, numa torre com 24m de altura, em contracorrente com o ar quente
proveniente de uma fornalha. Assim, constituem-se os grânulos secos, com a forma
e as dimensões aceitáveis e com a densidade apropriada. Os grânulos secos
retornam ao piso superior, mediante transporte pneumático, que os resfria de 116ºC
e os estabiliza. Os grânulos são separados num ciclone, peneirados, perfumados e
embalados. (SHREVE; BRINK JR 1977)
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Figura 17 - Fabricação de detergentes em pó por processo de atomização. Fonte: UCHIMURA, 2006.
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CONCLUSÃO
Os detergentes desempenham papel básico nos processos de limpeza. Seu
objetivo na higienização consiste em separar as sujidades das superfícies que estão
em contato, reduzir seu tamanho e/ou dispersando-as no solvente e prevenir nova
deposição sobre as superfícies já higienizadas.
A ação de limpeza da água melhora bastante com a adição de detergentes.
Estas substâncias apresentam um comportamento dualístico em água, em virtude de
sua estrutura. São genericamente cadeias hidrocarbônicas longas, em cuja
extremidade encontra-se um grupo catiônico, aniônico, anfotérico ou simplesmente
um grupo polar.
No estágio inicial do desenvolvimento de um produto, o profissional visa criar
uma nova fórmula que atenda aos requisitos de marketing, que por sua vez,
atenderão às necessidades ou expectativas do consumidor, este último podendo ser
uma pessoa física ou mesmo uma empresa.
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REFERÊNCIA
BARCZA, Marcos Villela. Sulfonação e Sulfatação. Disponível em: http://www.dequi.eel.usp.br/~barcza/SulfonacaoSulfatacao.pdf. Acessado em: 13/05/2009.
BEZERRA, Clóvis. Tensoativos. Disponível em: http://clovisbezerra.tripod.com/materiaisdidaticos/proqui-i/tensoativos.pdf. Acessado em: 05/05/2009
BRASIL. ANVISA. Disponível em: http://www.anvisa.gov.br/saneantes/cartilha_saneantes.pdf. Acessado em: 15/05/2009.
CAMPOS, Shirley. A história do sabão. Disponível em: http://www.drashirleydecampos.com.br/noticias/21027. Acessado em 15/05/2009.
DETEN. DetLas 320. Disponível em: http://www.deten.com.br/Template.asp?nivel=000100020002&identidade=94¬iciaid=94. Acessado em: 12/05/2009.
EVANGELISTA, José. Tecnologia de Alimentos. São Paulo: Ed. Atheneu, 2003.
KISSA, E. Wetting and Detergency – Purê & Appl. Chem, 53: 2255 (1981). Apud SANCTS, D. F. S de. Uso de derivados de álcoois graxos em formulações detergentes. Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Química. Campinas, [SP:s.n], 1997.
LIMA FILHO, Ubiracir Fernandes. Saneantes: produtos químicos indispensáveis da limpeza doméstica à esterilização de artigos cirúrgicos. Disponível em: http://www.crq4.org.br/qv_saneantes. Acessado em: 18/05/2009.
MISIRLI, Gabriel Mustafá Formulando Detergente. Disponível em: http://www.freedom.inf.br/artigos_tecnicos/20020919/20020919.asp. Acessado em: 10/04/2009.
MOITA NETO, J. M. Detergência. Disponível em: http://www.fapepi.pi.gov.br/ciencia. Acessado em 15/04/2009.
OLIVEIRA, Pablo Falcão da Silva. Reciclagem de óleo e gordura residual para fabricação de biodiesel e sabão. Serviço Público Federal Ministério da Educação Universidade Federal de Sergipe Pró-Reitoria de Extensão e Assuntos Comunitários. São Cristóvão 2007, Disponível em: http://pasta.ebah.com.br/on/download/relatorio-final-modificado-paulo-doc-6942. Acessado em: 11/03/2009.
PEDRO, Ricardo. Tensoativos – Classificação dos tensoativos. Disponível em: http://www.freedom.inf.br/artigos_tecnicos/11062007/classificacao_tensoativos.asp. Acessado em: 15/04/2009.
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SANCTIS, Daisy Scarparo de. NAKASHIMA, Flávio Fumio. Uso de tensoativos-de baixo poder espumante em formulações detergentes. Disponível em: http://www.oxiteno.com.br/aplicacoes/mercados/doc/documento.asp?artigotecnico=12&segmento=0900&idioma=PO&r=.pdf. Acessado em: 10/05/2009.
SANTOS, T.L. A História do sabão. http://www.colegiosaofrancisco.com.br/alfa/historia-do-sabao/historia-do-sabao.php. Acessado em: 15/04/2009.
SHREVE, R. Norris; BRINK JR, Hoseph A. Indústria de Processos Químicos. 4ª edição. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan S.A., 1977.
SILVA, André L.C.; PONZETTO, Elisabete; ROSA, Fábio. Tensoativos: conceitos gerais e suas aplicações em tintas. Disponível em: <http://www.oxiteno.com.br/aplicacoes/mercados/doc/documento.asp?artigotecnico=23&seg mento=0500&idioma=PO&r=.pdf>. Acessado em: 05/06/2008
UCHIMURA, Marcelo Shiniti. SBRT – Formulário de Resposta Técnica Padrão. Serviços Brasileiros de Respostas Técnicas. Disponível em: http://www.sbrt.ibict.br. Acessado em: 13/05/2009.
ZAGO NETO, Odone Gino; DEL PINO José Cláudio. Trabalhando a química dos sabões e detergentes. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Química. ÁreaZX de Educação Química. 2008.