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UNIVERSIDADDENAVARRA

FACULTADDECIENCIAS

MASTERENQUÍMICAAPLICADAALA

INVESTIGACIÓNYLAINDUSTRIA

MATERIA:AMBITOSDEAPLICACIÓNDELA

QUÍMICA

TEMA:INDUSTRIALIZACIÓNDEDETERGENTES

INTEGRANTES:

‐ MARÍAPEREZ

‐ CÉSARESTEVEZ

‐ RUBENALTAMIRANO

‐ CARLOSMEDINA

2  

ÍNDICE

La tabla del índice esta para imprimir en otro documento ya que la estructura del

documento no se que problema tiene ya que debe ser por que se hicieron en

formatos diferente, al agregar el índice el documento se desconfigura en su

estructura.

3  

1. ANTECEDENTES

El primer agente limpiador fabricado por el hombre fue el jabón creado en 2500 a.C.

por los sumerios; la materia prima base era aceite y cenizas de madera, y su aplicación

se destinó a la limpieza de textiles. Los árabes sustituyeron las cenizas de madera con

cal viva (CaO) como componente caústico en el siglo VII d.C.

En 1890 el químico alemán Krafft observó en una de sus investigaciones que ciertas

moléculas carbonadas de cadena corta producían espuma al unirse con alcohol como el

jabón, que hasta ese entonces era la única sustancia que se desenvolvía como agente

limpiador en la industria química; así se descubrió el primer detergente.

La era de industrialización del detergente fue una necesidad militar estratégica, ya que

al finalizar la primera guerra mundial los aliados bloquearon suministros a Alemania,

por lo que el abastecimiento de grasas animales se privó a este país y por ello se

disminuyó la producción de lubricantes, ante esta carencia no hubo mayor remedio que

utilizar la grasa de los jabones, dando paso a que los químicos Gunter y Hetzer

recrearan la hazaña de Krafft y elaboraran el primer detergente comercial.

A partir de ese entonces se usa masivamente en todo el mundo este agente limpiador, y

su uso diario se vio impulsado por la aparición de la lavadora de ropa. Hoy en día se

requieren detergentes que desarrollen su función en tiempo corto, acción a bajas

temperaturas, baja toxicidad, biodegradabilidad, baja irritabilidad de la piel, buen

precio, etc. (1,2)

2. INTRODUCCIÓN

La palabra detergente se aplica a todo material capaz de remover una sustancia de

cualquier superficie generando una emulsión gracias a la disminución de tensión

interfacial entre la sustancia a separar y el agua (micelas) en el lavado. Este fenómeno

se ve favorecido por la característica anfipática del detergente, que elimina elementos

hidrofóbicos y solubiliza también a los demás hidrofílicos en el medio acuoso

(tensoactividad) (Figura 1).

4  

Figura 1. Acción de tensoactivos sobre un material (suciedad) (Fuente: Fabricación de detergente en polvo. Nieves, A.)

Si se añade un tensoactivo a una disolución acuosa, éste romperá la tensión superficial

del agua, provocando su entrada y la del aire en el seno del agua.

El tensoactivo en disolución acuosa interacciona con la suciedad adherida al tejido o

suspendida en el agua por el extremo con la parte no soluble, rodeándola para reducir

las fuerzas atractivas de Van der Waals propias de los hidrocarburos. El otro extremo,

que es soluble en agua, se orienta de tal forma que pueda ser solvatado por el agua o

bien formar pares iónicos con un catión. Finalmente, el tensoactivo se une a la suciedad

con una afinidad más elevada que la de la suciedad al objeto, ocasionando la liberación

y eliminación de la suciedad.

Si la solución acuosa está a una temperatura, pH y concentración de tensoactivos

determinados se favorece la formación de micelas, es decir, una estructura esférica del

tensoactivo alrededor de la suciedad. A la izquierda de la figura 2 se observa una micela

y a la derecha un tensoactivo con los extremos bien diferenciados, hidrófilo e hidrófobo.

5  

El otro fenómeno que se produce por la ruptura de la capa de la disolución acuosa, es la

formación de las burbujas y/o espuma. Esta formación se consigue con la mezcla de

agua y aire (Figura 2).

Figura 2. Estructura de un tensoactivo

(Fuente: Fabricación de detergente en polvo. Nieves, A.)

Los detergentes se pueden utilizar para la remoción de manchas sobre tejidos animales y

vegetales, además de otras superficies como madera, acero, porcelana, etc.

Los detergentes se componen por uno o varios agentes tensoactivos, y otros compuestos

que potencializan su acción y mejoran el producto. La mezcla de estos componentes

asegura la calidad del detergente ya que se obtiene una limpieza óptima y da otras

características al objeto lavado como por ejemplo: protección al color, fibra o cualquier

otra superficie, brinda fragancias y reduce la dureza de los tejidos.

6  

Figura 3. Composición de los detergentes

2.1. Clasificación de tensoactivos.

Los tensoactivos son moléculas anfipáticas que poseen una “cadena alquílica

(parte hidrófoba) que tiene entre 12 y 20 átomos de carbono, pudiendo ser

hidrogenada o fluorada, lineal o ramificada, teniendo o no doble enlace. Los

grupos hidrófilos, pueden diferir bastante en su naturaleza química, pudiendo ser

no iónicos, catiónicos, aniónicos o anfóteros.” (1)

2.1.1. Tensoactivos no iónicos.

Son sustancias que no se ionizan en disoluciones acuosas, como alcoholes grasos

polietoxilados, o ácidos grasos polietoxilados. (Figura 4).

Figura 4. Tensoactivo no iónico

(Fuente: Fabricación de detergente en polvo. Nieves, A.)

Detergentes

Materia activa

Tensoactivos

No iónicos

Aniónicos

Catiónicos

Anfóteros

Componentes complementarios

Coadyuvantes

Polifosfatos

Silicatos

Citratos

Zeolitas

EDTA

Carbonatos

Hidrótopos

Aditivos

Blanqueadores

Perborato

Activadores

Inhibidores de corrosión

Enzimas

Perfumes

Colorantes

Auxiliares de presentación

Sulfato de sodio

Agua

7  

2.1.2. Tensoactivos aniónicos.

Los componentes más usuales para la fabricación de detergentes, son aquellos

que poseen en un extremo una carga polar negativa, comúnmente se suele

utilizar amonio, potasio o sodio como catión, aunque estos no ejercen mayor

actividad superficial en el compuesto, el anión que se utiliza en la síntesis de este

tensoactivo es sulfato, el grupo apolar puede ser una cadena lineal o ramificada

de carbono unida o no al benceno, el compuesto más común es LAS (Figura 5).

Figura 5. Tensoactivo aniónico

(Fuente: Fabricación de detergente en polvo. Nieves, A.)

2.1.3. Tensoactivos catiónicos.

Son componentes con una carga positiva en un extremo, “se absorben fácilmente

en la mayoría de superficies sólidas (generalmente cargadas negativamente).

Presentan bajo poder detersivo y son incompatibles con tensoactivos aniónicos.

Debido a su actividad microbiana algunos tipos son utilizados como agentes

bactericidas y desinfectantes”(2). Un ejemplo de tensoactivos catiónicos son las

sales de amonio cuaternario. (Figura 6)

Figura 6. Tensoactivo catiónico

(Fuente: Fabricación de detergente en polvo. Nieves, A.)

8  

2.1.4. Tensoactivos anfóteros.

Son compuestos que se comportan como tensoactivos aniónicos o catiónicos

según las condiciones del medio donde sean aplicados. No son sensibles a la

dureza del agua, poseen buena compatibilidad a los electrolitos y gran actividad

tensoactiva, ejemplo de esta clasificación es alquil betaina. (Figura 7)

Figura 7. Tensoactivo anfótero (Fuente: Fabricación de detergente en polvo. Nieves, A.)

2.2. Componentes complementarios.

Se clasifican en coadyuvantes, aditivos y auxiliares de presentación.

2.2.1. Coadyuvantes.

Se denominan builders ya que dan soporte al tensoactivo, su función es retener al

magnesio y calcio que son los elementos que dan dureza al agua e interaccionan

con el tensoactivo, proporcionan un pH alcalino y dispersan la suciedad. Por

ejemplo el ácido dietilenaminotetracético (EDTA) actúa sobre las partículas

metálicas en las manchas, impidiendo que estas se adhieran a la superficie.

(Figura 8).

Figura 8. EDTA actuando sobre un metal (quelación)

(Fuente: Fabricación de detergente en polvo. Nieves, A.)

9  

Otros ablandadores comúnmente utilizados son los polifosfatos que cumplen con

otras funciones como ser correctores de alcalinidad y estabilizantes; sin embargo

acarrean otros problemas ambientales que serán mencionados posteriormente.

2.2.2. Aditivos.

Estos componentes aportan características ajenas al poder detersivo del detergente,

los aditivos más usados en la industria son blanqueadores, enzimas, colorantes,

estabilizadores de espuma y fragancias. Una breve explicación de cada uno. Los

blanqueadores son componentes que aportan oxígenos y permiten oxidación de las

manchas y dejan la ropa blanca, además inhiben crecimiento de bacterias. “Las

enzimas rompen las moléculas orgánicas adheridas en los tejidos facilitando la

interacción del tensoactivo en porciones más pequeñas de suciedad para eliminarla.

“Los colorantes son compuestos orgánicos con dobles y simples enlaces alternados

(compuestos conjugados) que se añaden al detergente, los estabilizadores de

espuma controlan su exceso y las fragancias brindan un olor característico a la

superficie donde se aplique.

2.2.3. Auxiliares de presentación.

Son minerales o compuestos orgánicos que dan un acabado al producto final. Los

más utilizados son el sulfato de sodio y el agua. El primero da volumen, dispersa al

detergente y mejora su solubilidad.(1,2)

3. APLICACIONES DE LOS DETERGENTES

Los campos de aplicación de la industria de detergentes son: detergentes en polvo

para la colada, detergentes líquidos y concentrados, estabilizadores de espuma en

detergentes líquidos, productos para la limpieza de superficies duras, sanitarios,

productos lavavajillas, limpiadores de alfombras y tapicerías. En la actualidad son

pocos los procesos industriales que no utilizan detergentes en alguno o varios de

sus procesos:

Industria textil: Utiliza ampliamente detergentes para el lavado, blanqueo,

tintes, aprestos cueros.

10  

Industria agrícola: Empleo como humectantes, que forman parte de la

descomposición de insecticidas, herbicidas, germicidas.

Industria de la construcción: Hace uso de los detergentes para mejorar la

resistencia y humectabilidad del cemento y hormigón, aumentar la

manejabilidad de polvos decorativos en cerámicas, aumento de la fluidez del

hormigón, agentes espumantes para la fabricación de materiales aislantes,

adición a arcillas para crear estructuras porosas en la fabricación de refractarios.

Industria minera: Se usan como preventivos del polvo durante la excavación,

carga y transporte de carbón y minerales.

Industria metalúrgica: Para limpiar los metales: desengrasado, enjuagado, etc.

Industria del transporte: Lava el material móvil, accesorios de ferrocarriles,

automóviles, cisternas para transporte de aceites, depósitos de lubricantes, etc.

Industria química: Los emplea como dispersantes, emulsificantes, fabricación

de colorantes, lacas, pinturas, pigmentos, productos fitosanitarios, lavado de

equipo, edificios, envases, etc.

Industria naval: Exige grandes cantidades en el baldeo (aplicar agua sobre la

calzada y pavimento) y lavado de embarcaciones, limpieza de depósitos y medio

de lucha en los accidentes de derrame de crudos de petróleo.

El consumo doméstico de detergentes sintéticos aumenta cada día con el uso cada

vez más extendido de máquinas automáticas para lavado de ropas, menaje y vajillas

que se emplean en gran escala en hospitales, sanatorios, hoteles, cuarteles, etc.

El siguiente diagrama de sectores representa la distribución de las distintas

aplicaciones de LAS, en los detergentes (gráfica 1.).

11  

Grafica 1. Porcentaje de LAS en los diversos detergentes

4. ESTADO ACTUAL

En esta sección se contemplan los procesos de fabricación más comunes de los

detergentes y sus materias primas, su situación actual del mercado y los problemas

medioambientales que provocan.

4.1. Producción de materias primas para fabricación de detergentes.

El tensoactivo es el principio activo de todos los tipos de detergentes y, según la

finalidad del producto, se utiliza una especie activa diferente en el proceso de

fabricación.

Las materias primas pueden ser de origen natural como los aceites vegetales y

animales, o pueden ser de origen fósil. Estas últimas provienen de procesos de

refinamiento de petróleo, craqueo catalítico y reformado, entre otros.

Figura 9. Obtención de tensoactivos a partir de materias primas de origen natural y fósil.

12  

4.1.1. Origen natural.

La mayoría de aceites vegetales y animales son triglicéridos. Entre los triglicéridos

naturales se incluyen los cinco ácidos grasos más comunes: ácido palmítico

(palmera), esteárico, oleico (animal y vegetal), linoleico y linolénico (maíz,

cacahuete, girasol).

Estos aceites presentan un grupo lipofílico, lo que los hace compatibles con la

producción de tensoactivos para cosméticos, productos farmacéuticos y la industria

alimentaria.

4.1.2. Origen fósil.

Este tipo de materias primas se obtienen de la gasolina y el queroseno que

provienen de los procesos de reformado y craqueo catalítico. La fabricación de este

tipo de tensoactivos es más barata que la basada en materias primas de origen

natural.

En estos casos, las olefinas presentes en la gasolina y el queroseno de alto octanaje

reaccionan siguiendo el mecanismo de Friedel-Crafts para formar bencenoalquilos.

Posteriormente, los bencenoalquilos son sometidos a etapas de sulfonación

(reacción 1) y neutralización (reacción 2) formando el tensoactivo sulfonato de

bencenoalquilo.

Reacción 1. Mecanismo de sulfonación de compuestos aromáticos

Reacción 2. Mecanismo de neutralización de sulfonatos de compuestos aromáticos.

Pueden darse casos en que el grupo alquilo forme ramificaciones pero este tipo de

formaciones está limitado en muchos países por la mayor dificultad de degradación

con respecto a especies lineales.

Otra vía de síntesis de los tensoactivos es la separación de olefinas lineales de las

mezclas de éstas y sus isómeros presentes en el petróleo o la síntesis por

polimerización del etileno para posteriormente formar la especie tensoactiva. La

polimerización del etileno consiste en la formación de una cadena por condensación

13  

del polietileno mediante el mecanismo de Ziegler-Natta (reacción 3) sobre un

catalizador organometálico de trietilaluminio y posteriormente cortar la cadena

oligomerizada para recuperar el hidrocarburo lineal.

Reacción 3. Producción de alquenos mediante polimerización de Ziegler.

En los procesos de craqueo y reformado catalítico también se encuentran

compuestos aromáticos como benceno, tolueno y xileno. El benceno se utiliza en la

síntesis del sulfonato de bencenoalquilo el cual es el tensoactivo más común en

detergentes.

Como se ha mencionado anteriormente se distinguen cuatro grandes grupos de

tensoactivos: los aniónicos, los catiónicos, los no-iónicos y los anfóteros. En la

industria química, el uso de los tensoactivos aniónicos es el más extendido.

Las especies clasificadas como tensoactivos aniónicos son:

‐ Los sulfatos de alquilo, sulfatos de éter de alquilo y sulfatos de alcanoamidas,

excelentes agentes humectantes y espumantes que se utilizan para fabricar

champú y pasta de dientes.

‐ Los sulfonatos de bencenoalquilos, sulfonatos de alfa-olefinas y sulfonatos de

lignina, presentes en múltiples productos industriales como dispersantes,

agentes flotantes, detergentes, agentes reductores de tensión y emulsificantes.

‐ Compuestos fosforados, utilizados en emulsiones agroquímicas, fertilizantes.

Los sulfonatos son los tensoactivos más utilizados industrialmente para la

fabricación de detergentes sintéticos y generalmente provienen de fuentes fósiles.

Durante el craqueo de las parafinas (reacción 4) se producen parafinas más cortas y

14  

alfa-olefinas, como por ejemplo la molécula propileno que posteriormente puede

sufrir ramificaciones por la ley de Markovnikov.

Reacción 4. Craqueo catalítico de parafinas

Posteriormente estas olefinas se convierten en sulfonatos de bencenoalquilo

mediante las siguientes reacciones químicas: alquilación de Friedel-Krafts,

sulfonación y neutralización. El sulfonato de bencenoalquilo obtenido contiene una

cola ramificada. El posterior vertido de las aguas residuales de lavado conteniendo

estos tensoactivos a los ríos y mares produce daños ecológicos puesto que los

microrganismos no consiguen degradar estos compuestos ramificados. Por esta

razón, algunos países prohiben el uso de estos alquilatos ramificados pasando al uso

de sulfonatos de bencenoalquilo lineales. Estos alquilatos lineales suponen una gran

proporción de los detergentes en polvo actualmente y constituyen mezclas de

distintos isómeros.

Los tensoactivos no-iónicos constituyen hoy en día el 40 % de la producción

mundial de tensoactivos. Estos son compatibles con los otros tipos porque no

liberan iones en disolución acuosa y se pueden usar en aguas duras y de alto

contenido en sal. No obstante, el mercado está dominado por productos

polietoxilados como pueden ser alcoholes etoxilados, bencenoalquilos etoxilados y

tioles etoxilados.

En menor medida se encuentran los tensoactivos catiónicos (5-6 % de la producción

total de tensoactivos) pero son muy útiles para algunas aplicaciones debido a sus

propiedades. No se pueden mezclar con tensoactivos aniónicos y no son buenos

agentes espumantes, pero su carga positiva les permite ser adsorbidos sobre

sustratos cargados negativamente. Esta capacidad les proporciona el agente

suavizante en el lavado de ropa y aclarado de pelo. También funcionan como

inhibidores corrosivos, emulsificantes en tintas y recubrimientos, esterilizantes, y

desinfectantes. Algunos de estos tensoactivos son aminas de alquilo y amonios de

alquilo. Para conseguir estos compuestos son necesarios unos tipos de reacciones

químicas muy selectivas y que frecuentemente son incompletas, por lo que se

15  

pierde una gran parte de las materias primas. Esto hace que este tipo de

tensoactivos sea caro y restringe su uso a un determinado tipo de aplicaciones.

Los tensoactivos anfóteros están destinados a productos farmacéuticos y

cosméticos. En la mayoría de casos el pH determina el comportamiento aniónico o

catiónico de estos tensoactivos, que generalmente están basados en ácidos amino

propiónicos, ácidos imido propiónicos y compuestos cuaternarios(3).

4.2. Fabricación de detergentes.

Los detergentes utilizan tensoactivos sintéticos en lugar de sales metálicas

provenientes de ácidos grasos como los jabones; pueden ser en polvo o líquido y la

mayoría tienen jabón entre sus ingredientes.

Los ingredientes de los detergentes comerciales son:

‐ Tripolifosfato de sodio, reduce la alcalinidad y la dureza del agua.

‐ Sulfato de sodio, agente fluidizante.

‐ Sulfonato de bencenoalquilo lineal, tensoactivo.

‐ NaOH, neutralizante.

‐ Dietanolamida, agente espumante.

‐ Agua, disolvente de los ingredientes

16  

4.2.1. Producción de detergente en polvo.

El detergente en polvo se fabrica siguiendo los siguientes pasos:

Figura 10. Diagrama de flujos del proceso de producción del detergente en polvo.

Preparación del slurry.

Se introducen los ingredientes sólidos y líquidos en un tanque con agitación para

preparar el slurry, operando en discontinuo. Durante este proceso se libera calor

como resultado de dos reacciones exotérmicas: la hidratación del tripolifosfato de

sodio y la reacción de NaOH y el sulfonato de bencenoalquilo.

17  

Obtención del detergente en polvo.

La mezcla se calienta hasta 85 °C y se agita hasta conseguir una mezcla

homogénea. Se introduce la mezcla en una cámara de vacío y con un atomizador se

separa en finas gotas. Estas gotas se introducen a alta presión en una torre de secado

vertical por la que asciende una corriente de aire a 315-400 °C de temperatura,

donde se secan instantáneamente. Normalmente estas torres de secado son a

contracorriente. El polvo resultante se conoce como polvo base. Este polvo se

recoge en la base de la torre y se transportan o bien mecánicamente o mediante una

corriente de aire a un mezclador para añadir ingredientes adicionales(4).

Dependiendo del producto final, el polvo base recibe un tratamiento distinto. Se

añaden los nuevos ingredientes en función del producto final que se quiere

conseguir y se fluidiza la mezcla con aire para homogeneizarla(5).

Los aditivos pueden ser:

‐ Carbonato sódico anhidro, para mantener el pH alcalino y reducir la dureza del

agua.

‐ Perborato de sodio, blanqueante de manchas que no daña los colores

‐ Activadores de blanqueantes, catalizan la acción del perborato de sodio a baja

temperatura.

‐ Enzimas, ayudan a eliminar manchas.

‐ Colorantes y aromas, especificaciones estéticas.

18  

4.2.2. Producción del detergente líquido.

El detergente líquido contiene tanto tensoactivos sintéticos como jabones.

Generalmente, se fabrica el jabón en primer lugar y se añaden los ingredientes a la

mezcla después.

Figura 11. Diagrama de flujos del proceso de producción del detergente líquido.

Fabricación del jabón.

Consiste en la neutralización de ácidos grasos con hidróxido de sodio o de potasio.

Obtención del detergente líquido.

Posteriormente se añaden los demás ingredientes salvo los enzimas a la mezcla y se

calientan a alta temperatura (tripolifosfato sódico, NaOH, sulfonato de

bencenoalquilo, perfume y agua).

Se deja enfriar la mezcla y se añaden los enzimas en polvo y el resto de aditivos.

19  

4.3. Situación actual de la industria de tensoactivos.

La demanda actual de tensoactivos está cubierta por menos de diez tipos, siendo los

sulfonatos de bencenoalquilo (LAS), los sulfatos de alcoholes grasos (FAS), los

étersulfatos de alcoholes grasos (FAES), los alcoholes grasos etoxilados (FAEO) y

los jabones, los que ocupan las principales posiciones. Estos tensoactivos son

utilizados en distintos segmentos del mercado para la fabricación de productos de

consumo (detergentes y cosméticos) y para aplicaciones industriales (alimentos,

textiles y pieles, plásticos, etc.).

La comercialización de los detergentes debe responder a los gustos y hábitos de sus

futuros clientes, y a los medios de distribución de los productos comerciales. Para

ello se deberá conocer el nivel de ingresos, los gustos y la calidad de producto,

parámetros requeridos por sus clientes potenciales. Esto le permitirá identificar

cuáles son sus oportunidades.

Posteriormente, se deberá estimar cuánto compraría cada uno de ellos y con qué

frecuencia, conocer las cualidades del producto que lo diferencian de sus

competentes y el precio de los productos competentes en el mercado. Esto último es

importante ya que el precio de venta de un producto depende de: el precio de

referencia determinado por el mercado, el coste de producción del producto y el

coste de oportunidad (lo que el consumidor está dispuesto a pagar). De esta manera

no se descuidará la ganancia mínima que pretende lograr.

4.3.1. Mercado europeo de los detergentes.

Según los datos de la empresa de investigación Nielsen, los hogares en la UE

adquieren principalmente productos para la limpieza de tejidos (49 %), superficies

sólidas (16 %), limpieza de vajillas (14 %), productos de mantenimiento (13 %),

jabones (5 %) y blanqueadores (3 %).

Grafica2. Consumo doméstico de productos detergentes en la UE.

49%

16%

14%

13%5% 3%

Tejidos

Superficiessólidas

Vajillas

Mantenimiento

20  

Los criterios que influyen en la decisión de compra de los europeos son muy

variables, y tiende a variar su grado de importancia según el país. Por ejemplo, para

la compra de jabones y detergentes para limpieza de tejidos, los consumidores de

Europa occidental consideran que el factor más importante es el precio (35 %),

seguido por la marca e imagen del producto (18 %), y el impacto en el

medioambiente (17 %). Sin embargo, para los consumidores de Europa del este, es

más importante la marca e imagen del producto (35 %), el impacto en el

medioambiente (22 %), y algunos son indiferentes (31 %).

Grafica 3. Criterios que influyen en la decisión de compra de los consumidores a) de Europa

Occidental b) de Europa del este.

Los consumidores europeos están constantemente demandando productos que sean

fáciles de usar, seguros y de buen valor. Tienen una constante debilidad por

productos nuevos que aporten comodidad y sean lo más simple posible,

permitiendo un ahorro de tiempo y dinero.

El mercado de jabones y detergentes en Europa es altamente competitivo y se

caracteriza por la fuerte innovación, siendo el factor que permite a todas las

empresas que participen en una industria en la que las necesidades del consumidor

evolucionan, y las oportunidades del mercado están creciendo, tanto para el

mercado masivo, como para nichos especializados.

Grandes innovaciones y avances tecnológicos se han alcanzado en la industria de

jabones y detergentes de la UE a nivel de formulación, utilización de nuevos

ingredientes, producción, concentración de los productos, o envases.

Un criterio importante ligado a la innovación en este sector manufacturero es la

tendencia de innovación en otras áreas, como por ejemplo los electrodomésticos.

35%

18%17%

30%

Precio

Marca eimagen

Impactoambiental

Otros

35%

22%

43%

Marca eimagen

Impactoambiental

Otros

a b

21  

Esto implica una estrecha colaboración entre industrias para obtener los mejores

resultados y alcanzar niveles de innovación más altos.

Por otro lado el mercado industrial en 2008 se estimó en 6,6 billones €, creciendo

de 6,5 billones € en 2007. Los sectores industriales de mayor demanda de jabones y

detergentes son: limpieza técnica (27 %), cocina y alimentación (23 %), alimentos y

bebidas (18 %), mantenimiento de edificios (14 %), servicio de lavandería (10 %) y

otros (8 %).

Grafica 4. Demanda de jabones y detergentes en la industria

(Fuente: jabones y detergentes, ficha nº 17/UE)

4.4. Aspectos medioambientales.

Actualmente el uso desmedido de detergentes ha llegado a provocar graves

problemas medioambientales. Estos productos vertidos de forma incontrolada en las

aguas residuales, pueden llegar a provocar cambios importantes en los ecosistemas

donde son desechados debido a su contenido de especies tensoactivas.

Generalmente el desagüe está conectado a una planta de tratamiento de aguas en la

que, mediante procesos biológicos y físico-químicos, se eliminan los tensoactivos.

Cuando los detergentes presentan tensoactivos no-biodegradables, estos

tratamientos no son suficientes y producen los siguientes efectos.

4.4.1. Eutrofización.

Como ya se explica en apartados anteriores, los detergentes están formados por

agentes coadyuvantes que a su vez colaboran con los agentes tensoactivos durante

el proceso de detergencia. Un tipo de coadyuvantes son los polifosfatos que se

encargan de ablandar el agua reaccionando con los iones Ca2+ y Mg2+ que hacen

27%

23%18%

14%

10% 8%

Limpieza técnica

Cocina yalimentación

Alimentos y bebidas

Mantenimiento deedificios

Servicio delavandería

22  

que precipite el tensoactivo y favorecen la redeposición de la suciedad. El problema

surge cuando los detergentes, y por tanto los polifosfatos, van a parar a los ríos o

lagos provocando la eutrofización.

La eutrofización se define como el exceso de nutrientes en un agua de corriente

lenta o estancada. Los fosfatos que actúan como nutrientes acuáticos, hacen que

proliferen las algas y lirios de manera exagerada, lo que provoca que las aguas

queden cubiertas de masas vegetales. Estas masas vegetales impiden que la luz

llegue al fondo del lago o del río, frenando el proceso de fotosíntesis y cesando la

producción de oxígeno por completo. Al mismo tiempo, aumenta la respiración

aeróbica de los descomponedores debido a la gran cantidad de materia orgánica

existente en el agua. El oxígeno se agota enseguida y el resto de animales acuáticos

mueren irremediablemente.

La eutrofización en los ríos o lagos es fácilmente detectable ya que se observa un

aumento espectacular de algas verde-azules y una acumulación de restos de plantas

y animales muertos, además el agua cambia a color pardo y se torna maloliente.

La Unión Europea comenzó a aplicar a principios de los años 90 directivas para

controlar el vertido indiscriminado de nutrientes en aguas residuales que iban a

parar a los cauces de los ríos(6). Mares como el Mediterráneo, se denomina

oligotrófico (pobre en nutrientes) presenta zonas costeras eutrofizadas, debido a que

recibe aguas residuales excesivamente cargadas en nutrientes. Esto hizo que en

1975 las naciones lindantes con el Mediterráneo y la Comunidad Económica

Europea adoptaran el Plan de Acción Mediterráneo (MAP) en el que se velaba por

la calidad del agua(7). 

4.4.2. Toxicidad tensoactivos.

Como se ha explicado anteriormente, los tensoactivos son moléculas con un

extremo hidrofóbico (suele ser una cadena hidrocarbonada) y un extermo

hidrofílico cuya finalidad es la de disolver la suciedad. Una vez utilizados y

vertidos a los ríos estos tensoactivos sufren un proceso de degradación que consta

de dos etapas:

23  

- Biodegradación primaria: primera fase en la que la molécula pierde

propiedades básicas y su carácter tensoactivo. La cadena hidrocarbonada se

oxida progresivamente de alcohol a aldehído y por último a ácido.

- Biodegradación total: segunda fase en la que la molécula se transforma en

constituyentes inorgánicos oxidándose por completo.

Estas biodegradaciones utilizan oxígeno del medio para poder llevarse a cabo, lo

que provoca la disminución de la concentración de este elemento en dicho medio y

por tanto la muerte de especies acuáticas como los peces que realizan dicho

intercambio sobre la superficie del tejido epitelial.

La industria respondió a este problema en la década de los 60 sustituyendo los

tensoactivos ramificados por aquellos más fácilmente degradables. Posteriormente,

los tensoactivos de los detergentes se han conseguido eliminar de las aguas

residuales hasta un 95 % en el peor de los casos y, por tanto, ya no constituyen un

riesgo para el medio ambiente.

4.4.3. Espuma.

La espuma viene determinada por el tipo de tensoactivo que contenga el detergente

y plantea problemas durante los procesos de tratamientos de aguas en las plantas

depuradoras. La espuma rodea al resto de partículas presentes evitando que

sedimenten, además de impedir la disolución de oxígeno en el agua. Esta espuma

puede incluso no eliminarse en estas plantas y llegar a los campos de cultivo

dañándolos por los restos de tensoactivos y de otros residuos que contiene.

4.4.4. Desperdicio de fósforo.

El fósforo se considera un elemento elemental para el desarrollo del mundo vegetal

y las fuentes donde se puede obtener son limitadas. Un uso excesivo y

descontrolado en la producción de detergentes podría llegar a agotar los recursos

además de producir grandes niveles de contaminación.

24  

Por otro lado, el transporte y almacenamiento de las materias primas, y las pérdidas

durante el proceso de fabricación también influyen en el impacto ambiental de la

tecnología de los detergentes.

El sistema de descarga de aceites y otras materias primas potencialmente dañinas

para el medio ambiente desde el camión de distribución al tanque de

almacenamiento debe ser diseñado cuidadosamente. En caso de perfumes, se

trabaja con tipos no inflamables y se almacenan en tanques de acero.

Los tanques de almacenamiento tienen dispositivos de seguridad para casos de

fugas. La alcalinidad y acidez del tanque de seguridad es controlada para aislar la

zona afectada cuando sea necesario y neutralizarla antes de desprenderse de los

residuos. Normalmente los residuos se pueden recuperar y volver a utilizar y el

agua de lavado se puede procesar para volver a usarse.

Las variables más representativas del detergente son monitorizadas durante el

proceso de producción para asegurar las especificaciones del producto final (nivel

de electrolito y humedad por ejemplo). En el caso de detergentes sólidos, se

controla el contenido de polvos y compuestos orgánicos volátiles en el ambiente.

Como medidas de control de emisiones de contaminantes se dispone de ciclones

secos y húmedos para separar el polvo de manera que el nivel en el ambiente sea

menor de 50 mg/m3. En la torre de secado podrían emitirse compuestos orgánicos

volátiles debido a la alta temperatura de operación. Para controlar estas emisiones,

cualquier compuesto peligroso se añade después de la torre de secado y así se evita

que se evaporen los compuestos volátiles.

Imagen 1. Eutrofizacióm Fuente:

http://vidaecorganica.blogspot.com.es/2011/07

/principales-contaminantes-en-el-agua.html

Imagen 2. Espuma Fuente:

http://www.ecologiaverde.com/eutrofizacion/

 

25  

5. TENDENCIAS FUTURAS

Actualmente se están llevando a cabo estudios con el objetivo de mejorar la

producción de detergentes y minimizar el impacto medioambiental que generan tras

su uso.

5.1. Zeolitas.

Las zeolitas son aluminosilicatos hidratados con elementos de los grupos I y II

como cationes. Presentan una estructura de cavidades y canales donde se

encuentran los cationes y las moléculas de agua.

Imagen 3. Estructura tridimensional zeolita Fuente:http://www.uclm.es

Las zeolitas presentan una unidad básica de estructura donde cuatro átomos de

oxígeno forman un tetraedro alrededor de un átomo central (Si o Al). Dependiendo

de la estructura continua que forman estas unidades ensambladas, se dan diferentes

estructuras cristalinas de zeolitas.

Este tipo de disposición hace que presente un área interna grande a la que solo

podrán acceder moléculas con dimensiones menores a las de los poros que la

forman. La función de las zeolitas en los detergentes es la de sustituir a los fosfatos

en la captura de los iones Ca2+ y Mg2+ para disminuir la dureza del agua. Esto se

realiza por un simple intercambio catiónico que retira del medio estos cationes y los

sustituye por otros como el Na+. El uso generalizado de zeolitas puede llegar en un

futuro a sustituir a los fosfatos solucionando el problema de la eutrofización de las

aguas(8).

Aparte de sustituir a los fosfatos y por tanto ser más respetuosas con el medio

ambiente, las zeolitas han demostrado ser más estables e inertes incluso a elevadas

temperaturas. Otro punto positive es que están libres de restricciones legislativas(9). 

26  

5.2. Enzimas.

En 1930 Otto Rohm descubrió que la enzima proteasa tenía aplicaciones en la

industria de los detergentes y desde 1960 el uso de diferentes enzimas se ha ido

introduciendo progresivamente en este sector(9).

Las enzimas tienen la función de romper en pequeños fragmentos las moléculas de

suciedad, ayudando al detergente a retirar de modo más eficiente las manchas

existentes. Suelen introducirse en los detergentes comerciales en gránulos (0,02 –

1%) o de forma líquida o slurry (0,2-1%). Las ventajas que presentan los

detergentes enzimáticos sobre los no enzimáticos son una mayor eficiencia a bajas

temperaturas, menor toxicidad para el medioambiente y mayor estabilidad(9). 

5.3. Silicatos cristalinos (Na2Si2O5).

Los silicatos cristalinos Na2Si2O5 podrían al igual que las zeolitas, sustituir a los

fosfatos en su función de ablandar el agua. Su estructura se basa en una fase de

disilicato de sodio que se extiende en una red polimérica bidimensional. Este tipo

de sustancias combinan un alto rendimiento por unidad de masa con una gran

multifuncionalidad. En comparación con las zeolitas presentan una mayor

solubilidad en agua y una buena capacidad intercambiadora de iones Mg2+ (en el

caso de las zeolitas, éstas tenían muy buena capacidad intercambiadora para los

iones Ca2+, pero no tanto para los iones Mg2+). Además, gracias a que la fase es

soluble en agua no se crean lodos en las plantas de tratamientos de aguas y se

amortigua la alcalinidad de éstas.

Como desventaja principal su precio es mayor que el de las zeolitas, aunque se

están tratando de desarrollar procesos industriales más económicos que puedan

llegar a compensar estos costes(10).

Imagen 4. Estructura (Na2Si2O5) Fuente: http://www.siltech.co.jp/eng/profile/data.html

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6. CONCLUSIONES

Se tiene constancia de que los detergentes vienen siendo utilizados desde la

antigüedad, aunque han ido evolucionando progresivamente hasta la actualidad.

El proceso de elaboración de estos productos también se ha ido modernizando con

el tiempo debido a los avances en la industria y a las nuevas sustancias que han sido

añadidas para intentar mejorar su eficiencia. Se ha descubierto que según la

aplicación final de cada uno de ellos, se debe utilizar un tipo de tensoactivo

diferente. A pesar de todos estos cambios, hay que destacar que los principios

básicos de fabricación siguen siendo los mismos.

Se ha podido observar como la producción mundial de los detergentes ha

aumentado considerablemente desde el final de la Primera Guerra Mundial,

agudizándose aún más en las últimas décadas. Debido a esto, los problemas

medioambientales que estos productos causan también crecieron centralizándose

como foco de contaminación en las fuentes hídricas y en menor cantidad los suelos,

motivo por lo que los gobiernos comenzaron a instaurar directivas con el objetivo

de mitigar esta contaminación.

La industria de los detergentes es altamente lucrativa, se obtienen ganancias

exorbitantes (6,6 billones de euros en el año 2008 en la Unión Europea), ya que su

uso es masivo tanto en los hogares como en muchos sectores industriales, por lo

que el papel del químico en las empresas de elaboración de detergentes es

primordial, durante el proceso, tratamiento de residuos y control de calidad del

producto terminado.

Por último, cabe destacar que se están desarrollando nuevos estudios como los de

zeolitas o enzimas, para poder llegar a encontrar un compromiso entre una mayor

eficiencia de los detergentes y una menor contaminación por parte de éstos.

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7. BIBLIOGRAFÍA

1. Nieves, A. Fabricación de detergente en polvo [Tesis Máster]. Universidad Politécnica de Cataluña. Capítulo 3, pág. 10. (2011)

2. Altmajer, D. Formulaciones Detergentes Biodegradables: Ensayos de lavado. [Tesis Doctoral]. Pág 23. (2004)

3. Jean-Louis Salager, SURFACTANTS Types and Users, FIRP BOOKLET. Teaching aid in surfactant science & engineering. 2002 Laboratory of Formulation, Interfases Rheology and Processes. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química

4. Organic chemical process industry, COMPILATION OF AIR POLLUTANT

EMISSION FACTORS, VOLUME 1, CH. 6, OFFICE OF AIR QUALITY

PLANNING AND STANDARDS, US ENVIRONMENTAL PROTECTION

AGENCY

5. Office of air quality planning and standards, US environmental protection

agency, COMPILATION OF AIR POLLUTANT EMISSION FACTORS, 1995

VOLUME 1, CH. 6 Organic chemical process industry

6. Bouraoui F, Grizzetti B. Long term change of nutrient concentrations of rivers discharging in European seas. Sci Total Environ 2011 Nov 1;409(23):4899-4916

7. Karydis M, Kitsiou D. Eutrophication and environmental policy in the Mediterranean Sea: a review. Environ Monit Assess 2012;184(8):4931-4984

8. Sutili FK, Miotto N, Rigoti E, Pergher SBC, Penha FG. Aplicacao de zeolitas sinteticas como coadjuvante em formulacao detergente. QUIMICA NOVA 2009;32(4):879-883

9. Sekhon B, Sangha M. Detergents — Zeolites and enzymes excel cleaning power. Resonance 2004 08/20;9(8):35

10. Yu YX, Zhao J, Bayly AE. Development of surfactants and builders in detergent formulations. Chin J Chem Eng 2008;16(4):517-527