EVALUACIÓN COMPARATIVA DE PROPIEDADES FÍSICO …

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EVALUACIÓN COM PARATIVA DE PROPI EDADES FÍSICO-QUÍMICAS ENTRE UN DETERGENTE LÍQUIDO EM PLEANDO ALFA-M ETIL ÉSTER

SULFONATO (M ES) Ó ALQUILBENCENO LINEAL SULFONATO (LAS)

COMO PRINCIPIO ACTIVO

JUAN CAMILO TORRES LIMA

UNIVERSIDA D DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

BOGOTÁ D.C

2007

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EVALUACIÓN COM PARATIVA DE PROPI EDADES FÍSICO-QUÍMICAS ENTRE UN DETERGENTE LÍQUIDO EM PLEANDO ALFA-M ETIL ÉSTER

SULFONATO (M ES) Ó ALQUILBENCENO LINEAL SULFONATO (LAS)

COMO PRINCIPIO ACTIVO

JUAN CAMILO TORRES LIMA

Proyecto de Gr ado

Asesor

OSCAR FERNANDO SÁNCHEZ M EDINA

Jurados

PABLO ORTIZ HERRERA JOAQUÍN ENRIQUE TIRANO VANEGAS

UNIVERSIDA D DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

BOGOTÁ D.C

2007

3

A mi Padre, por su gran sabiduría y capacidad

de liderazgo, que me enseñaron a triunfar

en la vida y siempre salir adelante.

A mi Madre, por su enorme amor, apoyo y

confianza, y por creer en mis cualidades

y capac idades como persona.

A mi Hermano, por todos los instantes que

compartimos juntos, que me dejaron

enseñanzas pos itivas en la vida.

A mi Novia, por enseñarme lo que es amar,

por estar siempre conmigo, y por entregar le

tantos años de felicidad a mi vida.

A mi Familia, por su amor incondic ional,

que siempre me s irv ió de gran

apoyo en mis experiencias.

4

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer especialmente a Oscar Sánchez por el gran apoyo que me brindó y por su conocimiento, confianza, y dedicación al proyecto. Igualmente,

le doy las gracias por la amistad que me ofrec ió como persona, la cual me dio

la oportunidad de tener una relac ión de trabajo pos itiva que me dejó muchas

enseñanzas y expectativas para mi vida profes ional.

A Miguel Ángel Molano, quien me introdujo desde un inic io de manera especial

a desarrollar el tema del proyecto, br indándome su apoyo, amistad y

disponibilidad incondic ional.

A Joaquín Tirano y a Pablo Ortiz, por su gran aporte y profundo conocimiento

que me ayudaron a sacar el proyecto adelante.

A José María Robles , Luz Dary Rugeles y Sonia Rojas, por su total disponibilidad, pacienc ia y colaborac ión con la experimentación llevada a cabo

en el laborator io, además de su asesor ía y gran conocimiento que me

ayudaron enormemente con el proyecto.

A Edna Lorena Delgado, Olga luc ía Gómez y Nancy Henao del Depar tamento

de Ingeniería Ambiental, por su aporte y colaboración con el proyecto.

A todos los profesores del Departamento, por aportarme su conocimiento,

sabidur ía y calidad humana, que me ayudaron enormemente a formarme como

Ingeniero y como persona.

A mis compañeros de la Carrera, de quienes aprendí muchas exper ienc ias

pos itivas y s iempre estuvieron presentes. Grac ias por su amistad incondic ional.

5

TABLA DE CONTENIDOS

1. OBJETIVOS PROPUESTOS ...............................................................................17

1.1 OBJETIVO GENERAL....................................................................................................17 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..............................................................................................17

2. MARCO TEÓRICO ..............................................................................................18

2.1 DETERGENTES ............................................................................................................18 2.1.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES.................................................................................18 2.1.2 CLASIFICACIÓN ........................................................................................................18 2.2 DETERGENTES LÍQUIDOS..............................................................................................19 2.2.1 COMPONENTES........................................................................................................19 2.3 SURFACTANTES...........................................................................................................20 2.3.1 CARACTERÍSTICAS PR INCIPA LES ...............................................................................20 2.3.2 CLASIFICACIÓN .......................................................................................................20 2.3.3 SURFACTANTES COMO PRINCIPIO ACTIVO ..................................................................20 2.3.4 MERCADO GLOBAL...................................................................................................21 2.4 SURFACTANTES ANIÓNICOS...........................................................................................22 2.4.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ..............................................................................22 2.4.2 USOS Y APLICACIONES..............................................................................................22 2.5 COMPONENTES EMPLEADOS PARA LA ELABORACIÓN DEL DETERGENTE LÍQUIDO.................23 2.5.1 SURFACTANTES .......................................................................................................23 2.5.1.1 Alquilbenceno lineal sulfonato (LAS) .....................................................................23 2.5.1.2 Alfa-metil éster sulfonato (MES)............................................................................24 2.5.2 EXCIPIENTES ..........................................................................................................26 2.5.2.1 Trietanolamina (TEA) ...........................................................................................26 2.5.2.2 Carboximetilcelulosa ............................................................................................26 2.5.2.3 Hidróxido de sodio (NaOH) .................................................................................27 2.6 CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA PRIMA......................................................................28 2.6.1 CONCENTRACIÓN MICELAR CRÍTICA (CMC).................................................................28 2.6.2 TEMPERATURA DE KRAFFT........................................................................................29 2.6.3 PODER ESPUMANTE .................................................................................................29 2.7 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS...................................................................................29 2.7.1 TENSIÓN SUPERFIC IAL.............................................................................................29 2.7.2 DUREZA DEL AGUA ..................................................................................................30 2.7.3 DETERGENCIA.........................................................................................................31 2.7.4 IMPACTO AMBIENTA L ..............................................................................................31 2.7.4.1 Demanda química de oxígeno (DQO) ....................................................................31 2.7.4.2 Demanda biológica de oxígeno (DBO) ...................................................................31 2.7.5 VISCOS IDAD ............................................................................................................32 2.7.6 DENSIDAD...............................................................................................................32 2.7.7 PH .........................................................................................................................33 2.7.8 CONDUCTIVIDAD .....................................................................................................33

6

3. MATERIALES Y MÉTODOS .............................................................................34

3.1 MATERIALES...............................................................................................................34 3.2 METODOLOGÍA ...........................................................................................................34 3.2.1 ELABORACIÓN DEL DETERGENTE LÍQUIDO .................................................................34 3.2.2 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS PARA SURFACTANTES.................................................36 3.2.2.1 Concentración micelar crítica (CMC) ....................................................................36 3.2.2.2 Temperatura de Krafft ..........................................................................................36 3.2.2.3 Poder espumante ..................................................................................................37 3.2.3 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS PARA DETERGENTES .................................................38 3.2.3.1 Tensión superficial ...............................................................................................38 3.2.3.2 Dureza del agua ...................................................................................................39 3.2.3.3 Detergencia..........................................................................................................41 3.2.3.4 Impacto ambiental ................................................................................................43 3.2.3.4. 1 Demanda química de oxígeno (DQO) .................................................................43 3.2.3.4. 2 Demanda biológica de oxígeno (DBO)................................................................43 3.2.3.5 Viscosidad y Densidad ..........................................................................................44 3.2.3.6 pH y Conductividad ..............................................................................................45

4. RESULTADOS OBTENIDOS..............................................................................47

4.1 ELABORACIÓN DE LOS DETERGENTES LÍQUIDOS..............................................................47 4.2 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS PARA SURFACTANTES....................................................48 4.2.1 CMC ......................................................................................................................48 4.2.2 TEMPERATURA DE KRAFFT........................................................................................50 4.2.3 PODER ESPUMANTE .................................................................................................50 4.3 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS PARA DETERGENTES......................................................51 4.3.1 TENSIÓN SUPERFIC IAL.............................................................................................51 4.3.2 DUREZA DEL AGUA ..................................................................................................52 4.3.3 DETERGENCIA.........................................................................................................53 4.3.4 IMPACTO AMBIENTAL ...............................................................................................57 4.3.4.1 DQO....................................................................................................................57 4.3.4.2 DBO....................................................................................................................58 4.3.5 VISCOS IDAD ............................................................................................................58 4.3.6 DENSIDAD...............................................................................................................60 4.3.7 PH..........................................................................................................................61 4.3.8 CONDUCTIVIDAD .....................................................................................................62 4.4 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS PARA LAS MEZCLAS .......................................................62 4.4.1 TENSIÓN SUPERFIC IAL.............................................................................................62 4.4.2 DUREZA DEL AGUA ..................................................................................................63 4.4.3 DETERGENCIA.........................................................................................................64 4.4.4 VISCOSIDAD ............................................................................................................65 4.4.5 DENSIDAD...............................................................................................................67 4.4.6 PH..........................................................................................................................67 4.4.7 CONDUCTIVIDAD .....................................................................................................68

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5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................69

5.1 ELABORACIÓN DE LOS DETERGENTES LÍQUIDOS..............................................................69 5.2 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS PARA SURFACTANTES....................................................73 5.2.1 CONCENTRACIÓN MICELAR CRÍTICA (CMC).................................................................73 5.2.2 TEMPERATURA DE KRAFFT........................................................................................74 5.2.3 PODER ESPUMANTE .................................................................................................75 5.3 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS PARA DETERGENTES......................................................75 5.3.1 TENSIÓN SUPERF ICIA L.............................................................................................75 5.3.1.1 Análisis factorial (ANOVA) ...................................................................................77 5.3.2 DUREZA DEL AGUA ..................................................................................................80 5.3.2.1 Análisis factorial (ANOVA) ...................................................................................81 5.3.3 DETER GENCIA ........................................................................................................83 5.3.3.1 Análisis factorial (ANOVA) ...................................................................................85 5.3.4 IMPACTO AMBIENTA L ..............................................................................................90 5.3.5 VISCOSIDAD ............................................................................................................90 5.3.5.1 Análisis factorial (ANOVA) ...................................................................................92 5.3.6 DENSIDAD...............................................................................................................95 5.3.6.1 Análisis factorial (ANOVA) ...................................................................................96 5.3.7 PH..........................................................................................................................99 5.3.7.1 Análisis factorial (ANOVA) ...................................................................................99 5.3.8 CONDUCTIVIDAD ...................................................................................................102 5.3.8.1 Análisis factorial (ANOVA) .................................................................................102 5.4 PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS PARA MEZCLAS...........................................................105 5.4.1 TENSIÓN SUPERF ICIA L...........................................................................................105 5.4.1.1 Análisis factorial (ANOVA) .................................................................................106 5.4.2 DUREZA DEL AGUA ................................................................................................107 5.4.2.1 Análisis factorial (ANOVA) .................................................................................108 5.4.3 DETERGENCIA.......................................................................................................110 5.4.3.1 Análisis factorial (ANOVA) .................................................................................112 5.4.4 VISCOSIDAD ..........................................................................................................115 5.4.4.1 Análisis factorial (ANOVA) .................................................................................117 5.4.5 DENSIDAD.............................................................................................................120 5.4.5.1 Análisis factorial (ANOVA) .................................................................................120 5.4.6 PH........................................................................................................................122 5.4.6.1 Análisis factorial (ANOVA) .................................................................................122 5.4.7 CONDUCTIVIDAD ...................................................................................................124 5.4.7.1 Análisis factorial (ANOVA) .................................................................................124

6. CONCLUSIONES................................................................................................127

7. RECO MENDAC IO NES ......................................................................................128

8. BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................129

8

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 2. EMPLEO DE COMPUESTOS COMO PRINCIPIO ACTIVO (ZULINA ET AL. 2006)..........................................21

FIGURA 3. ME RCADO GLOBAL DE SURFACTANTES (ZULINA ET AL. 2006).................................................................21 FIGURA 4. PROYECCIÓN DE SURFACTANTES, PERÍODO 2003-2012 (ZULINA ET AL. 2006)....................................22

FIGURA 5. EMPLEO DE SURFACTANTES ANIÓNICOS COMO PRINCIPIO ACTIVO (ZULINA ET AL. 2006)...............23

FIGURA 6. ESTRUCTURA QUÍMICA DEL LAS (SHOWELL 2006)......................................................................................24

FIGURA 7. ESTRUCTURA QUÍMICA DEL MES (SHOWELL 2006).....................................................................................25

FIGURA 8. PROCEDIMIENTO DE ELABORACIÓN DEL DETERGENTE LÍQUIDO...............................................................35

9

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

ILUSTRACIÓN 1. MONTAJE EXPERIMENTAL CMC...............................................................................................................36

ILUSTRACIÓN 2. MONTAJE EXPERIMENTAL TEMPERATURA DE KRAFFT....................................................................37

ILUSTRACIÓN 3. MONTAJE EXPERIMENTAL PODER ESPUMANTE...................................................................................38

ILUSTRACIÓN 4. MONTAJE EXPERIMENTAL TENSIÓN SUPERFICIAL..............................................................................39

ILUSTRACIÓN 5. MONTAJE EXPERIMENTAL DUREZA DEL AGUA (1).............................................................................40

ILUSTRACIÓN 6. MONTAJE EXPERIMENTAL DUREZA DEL AGUA (2).............................................................................40

ILUSTRACIÓN 7. MONTAJE EXPERIMENTAL DETERGENCIA (1)......................................................................................42

ILUSTRACIÓN 8. MONTAJE EXPERIMENTAL DETERGENCIA (2)......................................................................................42

ILUSTRACIÓN 9. MONTAJE EXPERIMENTAL VISCOSIDAD.................................................................................................44

ILUSTRACIÓN 10. MONTAJE EXPERIMENTAL DENSIDAD..................................................................................................45

ILUSTRACIÓN 11. MONTAJE EXPERIMENTAL PH.................................................................................................................45

ILUSTRACIÓN 12. MONTAJE EXPERIMENTAL CONDUCTIVIDAD.....................................................................................46

ILUSTRACIÓN 13. DETERGENTES LÍQUIDOS (LAS).............................................................................................................47

ILUSTRACIÓN 14. DETERGENTES LÍQUIDOS (MES) ............................................................................................................48

ILUSTRACIÓN 15. DETERGENTES LÍQUIDOS (LAS Y ME S)..............................................................................................48

ILUSTRACIÓN 16. SOLUCIÓN DETERGENTE PRECIPITADA (MES) ..................................................................................71

ILUSTRACIÓN 17. SOLUCIÓN DETERGENTE EN EL ULTRASONIDO..................................................................................72

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ÍNDICE DE GRÁFICAS

GRÁFICA 1. CURVA DE CMC L AS...........................................................................................................................................73

GRÁFICA 2. CURVA DE CMC MES ..........................................................................................................................................73

GRÁFICA 3. CURVA DE PODE ESPUMANTE LAS Y MES ...................................................................................................75

GRÁFICA 4. CURVA DE TENSIÓN SUPERFICIAL LAS Y MES ...........................................................................................76

GRÁFICA 5. TENSIÓN SUPERFICIAL VS CONCENTRACIÓN DE LAS................................................................................77

GRÁFICA 6. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUPERFICIAL LAS.....................................................78

GRÁFICA 7. TENSIÓN SUPERFICIAL VS CONCENTRACIÓN DE MES...............................................................................78

GRÁFICA 8. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUPERFICIAL MES....................................................79

GRÁFICA 9. CURVA PARA LA DUREZA DEL AGUA LAS Y MES.....................................................................................80

GRÁFICA 10. DUREZA DEL AGUA VS CONCENTRACIÓN DE LAS...................................................................................81

GRÁFICA 11. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA LAS........................................................82

GRÁFICA 12. DUREZA DEL AAGUA VS CONCENTRACIÓN DE MES...............................................................................82

GRÁFICA 13. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA MES........................................................83

GRÁFICA 14. CURVA DE DETERGENCIA LAS.......................................................................................................................84

GRÁFICA 15. CURVA DE DETERGENCIA MES ......................................................................................................................84

GRÁFICA 16. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE LAS Y DUREZA DEL AGUA..................................................85

GRÁFICA 17. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE LAS Y TEMPERATURA..........................................................86

GRÁFICA 18. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA LAS..................................................................87

GRÁFICA 19. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE MES Y DUREZA DEL AGUA.................................................87

GRÁFICA 20. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE MES Y TEMPERATURA.........................................................88

GRÁFICA 21. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA MES.................................................................89

GRÁFICA 22. CURVA DE VISCOSIDAD LAS Y MES A 30 Y 50 RP M............................................................................90

GRÁFICA 23. CURVA DE VISCOSIDAD LAS Y MES A 60 Y 100 RPM..........................................................................91

GRÁFICA 24. CURVA DE VISCOSIDAD LAS...........................................................................................................................91

GRÁFICA 25. CURVA DE VISCOSIDAD ME S..........................................................................................................................92

GRÁFICA 26. VISCOSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE LAS Y VELOCIDAD....................................................................92

GRÁFICA 27. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD LAS......................................................................93

GRÁFICA 28. VISCOSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE MES Y VELOCIDAD...................................................................94

GRÁFICA 29. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD ME S.....................................................................95

GRÁFICA 30. CURVA DE DENSIDAD LAS Y MES ...............................................................................................................95

GRÁFICA 31. DENSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE LAS ....................................................................................................96

GRÁFICA 32. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD LAS.........................................................................97

GRÁFICA 33. DENSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE ME S ...................................................................................................97

11

GRÁFICA 34. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD MES.........................................................................98

GRÁFICA 35. CURVA DE PH LAS Y MES...............................................................................................................................99

GRÁFICA 36. PH VS CONCENTRACIÓN DE LAS....................................................................................................................99

GRÁFICA 37. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA PH LAS.......................................................................................100

GRÁFICA 38. PH VS CONCENTRACIÓN DE MES.................................................................................................................100

GRÁFICA 39. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA PH MES......................................................................................101

GRÁFICA 40. CURVA DE CONDUCTIVIDAD LAS Y MES ................................................................................................102

GRÁFICA 41. CONDUCTIVIDAD VS CONCENTRACIÓN DE LAS.....................................................................................102

GRÁFICA 42. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD LAS..........................................................103

GRÁFICA 43. CONDUCTIVIDAD VS CONCENTRACIÓN DE MES....................................................................................103

GRÁFICA 44. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD MES..........................................................104

GRÁFICA 45. CURVA DE TENSIÓN SUPERFICIAL MEZCLAS ............................................................................................105

GRÁFICA 46. TENSIÓN SUPERFICIAL VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA.106

GRÁFICA 47. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUPERFICIAL MEZCLAS.......................................107

GRÁFICA 48. CURVA DE DUREZA DEL AGUA MEZCLAS..................................................................................................107

GRÁFICA 49. DUREZA DEL AGUA VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA.......108

GRÁFICA 50. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA MEZCLAS.............................................109

GRÁFICA 51. CURVA DE DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 14 PPM).............110

GRÁFICA 52. CURVA DE DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 0 PPM)...............110

GRÁFICA 53. CURVA DE DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 14 PPM).............111

GRÁFICA 54. CURVA DE DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 0 PPM)...............111

GRÁFICA 55. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y DUREZA DEL AGUA............................112

GRÁFICA 56. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y TEMPERATURA....................................113

GRÁFICA 57. DETERGENCIA VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA................113

GRÁFICA 58. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA MEZCLAS.......................................................115

GRÁFICA 59. CURVA DE VISCOSIDAD MEZCLAS (30 RP M)...........................................................................................115



GRÁFICA 62. CURVA DE VISCOSIDAD MEZCLAS (100 RPM) ........................................................................................116

GRÁFICA 63. VISCOSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y VELOCIDAD..............................................117

GRÁFICA 64. VISCOSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA....................118

GRÁFICA 65. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD MEZCLAS..........................................................119

GRÁFICA 66. CURVA DE DENSIDAD MEZCLAS...................................................................................................................120

GRÁFICA 67. DENSIDAD VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA........................120

GRÁFICA 68. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD MEZCLAS..............................................................121

GRÁFICA 69. CURVA DE PH MEZCLAS...................................................................................................................................122

GRÁFICA 70. PH VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA.......................................122

12

GRÁFICA 71. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA PH MEZCLAS..............................................................................123

GRÁFICA 72. CURVA DE CONDUCTIVIDAD MEZCLAS......................................................................................................124

GRÁFICA 73. CONDUCTIVIDAD VS CONCENTRACIÓN DE SURFACTANTE Y PROPORCIÓN DE MEZCLA...........124

GRÁFICA 74. RESULTADOS ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD MEZCLAS.................................................125

13

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA TEA (TOMADO DE: WWW.NIOSH.COM)......................................................26

TABLA 2. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA CARBOXIMETILCELULOSA (TOMADO DE: WWW.NIOSH.COM)............27

TABLA 3. PROPIEDADES FÍSICAS DEL NAOH (TOMADO DE: WWW.NIOSH.COM)......................................................28

TABLA 4. CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS (TOMADO DE WWW.SODIMAC.COM)........................................................30 TABLA 5. FORMULACIÓN DEL DETERGENTE LÍQUIDO (GAMBOGI ET AL. 2006)........................................................35

TABLA 6. RESULTADOS CMC LAS (EN SAYO 1).................................................................................................................49



TABLA 9. RESULTADOS CMC MES (ENSAYO 1) ................................................................................................................49

TABLA 10. RESULTADOS CMC ME S (ENSAYO 2)..............................................................................................................50

TABLA 11. RESULTADOS CMC ME S (ENSAYO 3)..............................................................................................................50

TABLA 12. RESULTADOS TEMPERATURA DE KRAFFT LAS Y MES..............................................................................50

TABLA 13. RESULTADOS PODER ESPUMANTE LAS............................................................................................................51

TABLA 14. RESULTADOS PODER ESPUMANTE MES...........................................................................................................51

TABLA 15. RESULTADOS TENSIÓN SUPERFICIAL LAS ......................................................................................................52

TABLA 16. RESULTADOS TENSIÓN SUPERFICIAL MES......................................................................................................52

TABLA 17. RESULTADOS DUREZA DEL AGUA LAS Y MES.............................................................................................53

TABLA 18. RESULTADOS DETERGENCIA LAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 14 PPM)......................53

TABLA 19. RESULTADOS DETERGENCIA LAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 0 PPM).........................54

TABLA 20. RESULTADOS DETERGENCIA LAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 14 PPM)......................54

TABLA 21. RESULTADOS DETERGENCIA LAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 0 PPM).........................55

TABLA 22. RESULTADOS DETERGENCIA ME S (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 14 PPM)......................55

TABLA 23. RESULTADOS DETERGENCIA ME S (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 0 PPM)........................56

TABLA 24. RESULTADOS DETERGENCIA ME S (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 14 PPM)......................56

TABLA 25. RESULTADOS DETERGENCIA ME S (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 0 PPM)........................57

TABLA 26. RESULTADOS DQO L AS Y MES (1)..................................................................................................................57

TABLA 27. RESULTADOS DQO L AS Y MES (2)..................................................................................................................57

TABLA 28. RESULTADOS D BO LAS Y MES (1 )..................................................................................................................58

TABLA 29. RESULTADOS D BO LAS Y MES (2 )..................................................................................................................58

TABLA 30. RESULTADOS VISCO SIDAD LAS (1)...................................................................................................................59

TABLA 31. RESULTADOS VISCO SIDAD LAS (2)...................................................................................................................59

TABLA 32. RESULTADOS VISCO SIDAD MES (1)..................................................................................................................60

TABLA 33. RESULTADOS VISCO SIDAD MES (2)..................................................................................................................60

14

TABLA 34. RESULTADOS DENSIDAD LAS Y MES ..............................................................................................................61

TABLA 35. RESULTADOS PH LAS Y ME S .............................................................................................................................61

TABLA 36. RESULTADOS CONDUCTIVIDAD LAS Y MES.................................................................................................62

TABLA 37. RESULTADOS TENSIÓN SUPERFICIAL MEZCLAS.............................................................................................63

TABLA 38. RESULTADOS DUREZA DEL AGUA MEZCLAS...................................................................................................63

TABLA 39. RESULTADOS DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 14 PPM).............64

TABLA 40. RESULTADOS DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 20°C Y DUREZA AGUA 0 PPM)................64

TABLA 41. RESULTADOS DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 14 PPM).............65

TABLA 42. RESULTADOS DETERGENCIA MEZCLAS (TEMPERATURA 30°C Y DUREZA AGUA 0 PPM)................65

TABLA 43. RESULTADOS VISCO SIDAD MEZCLAS (1).........................................................................................................66

TABLA 44. RESULTADOS VISCO SIDAD MEZCLAS (2).........................................................................................................66

TABLA 45. RESULTADOS DENSIDAD MEZCLAS....................................................................................................................67

TABLA 46. RESULTADOS PH MEZCLAS...................................................................................................................................67

TABLA 47. RESULTADOS CONDUCTIVIDAD MEZCLAS.......................................................................................................68

TABLA 48. ANÁLISIS DE VARIANZA PARA LA TENSIÓN SUPERFICIAL LAS................................................................77

TABLA 49. ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUPERFICIAL MES.................................................................................78

TABLA 50. ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA LAS........................................................................................81

TABLA 51. ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA MES.......................................................................................82

TABLA 52. ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGNCIA LAS....................................................................................................86

TABLA 53. ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA MES................................................................................................88

TABLA 54. ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD LAS.....................................................................................................93

TABLA 55. ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD MES ....................................................................................................94

TABLA 56. ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD LAS.........................................................................................................96

TABLA 57. ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD MES........................................................................................................97

TABLA 58. ANÁLISIS DE VARIANZA PH LAS......................................................................................................................100

TABLA 59. ANÁLISIS DE VARIANZA PH MES .....................................................................................................................101

TABLA 60. ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD LAS..........................................................................................103

TABLA 61. ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD MES.........................................................................................104

TABLA 62. ANÁLISIS DE VARIANZA TENSIÓN SUPERFICIAL MEZCLAS.......................................................................106

TABLA 63. ANÁLISIS DE VARIANZA DUREZA DEL AGUA MEZCLAS............................................................................108

TABLA 64. ANÁLISIS DE VARIANZA DETERGENCIA MEZCLAS......................................................................................114

TABLA 65. ANÁLISIS DE VARIANZA VISCOSIDAD MEZCLAS..........................................................................................118

TABLA 66. ANÁLISIS DE VARIANZA DENSIDAD MEZCLAS..............................................................................................121

TABLA 67. ANÁLISIS DE VARIANZA PH MEZCLAS.............................................................................................................123

TABLA 68. ANÁLISIS DE VARIANZA CONDUCTIVIDAD MEZCLAS.................................................................................125

15

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, la producción de detergentes a nivel mundial se ha enfocado

en el empleo de tensoactivos como pr incipales agentes de limpieza (Zulima et

al. 2006) . Estos compuestos, también conocidos como surfactantes , están

conformados por moléculas que tienen la capac idad de modificar las

propiedades interfaciales de los líquidos debido a su carácter ambifílico (Arno & Lai 2006). Por tal razón, cada molécula de surfactante posee una parte

hidrofílica y otra lipof ílica, la cual actúa en la interfase separando las fases

inmiscibles y disminuyendo as í la tensión interfac ial (Rosen & Dahanayake

2000).

Entre estos compuestos, los de mayor uso en la industria de detergentes son

los aniónicos, los cuales tienen un alto poder de limpieza y una gran eficacia

para remover las partículas sólidas (Gambogi et al. 2006). Sin embargo, la

mayoría de estos tensoactivos aniónicos son producidos a partir de procesos

petroquímicos, razón por la cual generan un alto costo de elaboración y

perjudican el medio ambiente (Zulima et al. 2006). Entre es te grupo de

surfactantes , el de mayor uso en la industria detergente es el alquilbenceno

lineal sulfonato (LAS), el cual se emplea a gran escala tanto a nivel mundial como nacional. Su proceso de elaboración cons iste princ ipalmente en la

sulfonación del alquilbeceno lineal (LAB), utilizando diversos agentes

sulfonadores como el H2SO4, óleo, o SO3 gaseoso (Spitz 2004) . Las principales

carac ter ísticas del LAS son: Su alta acción detergente, biodegradabilidad,

poder espumante y solubilidad, por lo cual se emplea comúnmente en la

formulac ión de detergentes líquidos . Sin embargo, presenta una gran

desventaja debido a su sensibilidad al agua dura, causando que su acc ión detergente disminuya significativamente (Smulders 2002).

16

Hoy en día, las grandes compañías productoras de detergentes se encuentran

en el diseño y elaboración de nuevos surfactantes der ivados de compuestos biodegradables que mejoren las caracter ísticas de limpieza del mismo (Ho

2000). Dentro de estos nuevos tensoactivos, el metil éster sulfonato (MES) se

presenta como una nueva alternativa en la formulac ión de detergentes. El MES

es un surfactante aniónico que se produce por la sulfonación de los metil

ésteres que se obtienen en el proceso de producc ión del Biodiesel a partir de

aceites o grasas vegetales. En la actualidad, el MES es producido por grandes

compañías en Asia (Lion), Europa (Ballestra) y Estados Unidos (Chemithon, Stephan), y su uso en la industr ia detergente se ha venido implementando

recientemente (Zulima et al. 2006) . Estudios recientes en Malasia han

demostrado que el MES presenta caracter ísticas favorables de detergencia,

biodegradabilidad y una menor sensibilidad en aguas duras, además de tener

un bajo costo frente a otros surfactantes como el LAS (Zulima et al. 2006).

Teniendo en cuenta lo anterior , el MES resulta ser una alternativa v iable y

competitiva frente al LAS.

Debido al desarrollo industr ial en la producción de Biodiesel a nivel nac ional, el

MES se presenta como una opc ión para el desarrollo de formulaciones de

detergentes líquidos. No obstante, no se ha reportado en el país un estudio

comparativo del efecto de la concentración y del tipo de tensoactivo frente a las

propiedades f ís ico-químicas del detergente. En este trabajo, se reporta el efecto de la concentración del MES y el LAS y una mezc la de ambos en una

formulac ión común sobre la tensión superfic ial, dureza del agua, detergencia,

impacto ambiental, viscosidad, densidad, pH y conductiv idad. Así mismo, se

evalúa el desempeño de ambos surfactantes comparando su concentrac ión

micelar crítica (CMC), temperatura de Krafft y poder espumante.

17

1. OBJ ETIVOS PROPUESTOS

1.1 Objetivo General

- Elaborar detergentes líquidos utilizando alfa-metil éster sulfonato (MES) y

alquilbenceno lineal sulfonato (LAS) como pr incipio activo, evaluando diferentes

propiedades fís ico-químicas .

1.2 Objetivos Específicos - Elaborar los detergentes líquidos de acuerdo a la formulación específica,

teniendo en cuenta la concentración de surfactante establecida y la proporc ión

de mezc la de los mismos.

- Evaluar las propiedades fís ico-químicas de concentración micelar cr ítica

(CMC), temperatura de Krafft y poder espumante para soluc iones de ambos

tensoactivos.

- Evaluar las propiedades f ísico-químicas de tens ión superficial, dureza del

agua, detergencia, impacto ambiental, v iscos idad, densidad, pH y conductividad para las soluciones detergentes elaboradas.

- Realizar un análisis factorial de las propiedades fís ico-químicas evaluadas

para los detergentes líquidos, con el fin de comparar el rendimeinto entre el

LAS y el MES y su mezc la respectiva.

18

2. MARCO TEÓRICO

2.1 Detergentes

2.1.1 Característica s principales

Los detergentes son sustancias que actúan con el agua para disolver la

suciedad o las impurezas (grasas y materia orgánica) de un mater ial y/o producto s in corroerlo, logrando una limpieza química grac ias a su

tensoactividad (Spitz 2004). La habilidad de un detergente para cumplir su

función depende de la compos ic ión de la formulación, las condiciones de uso,

la naturaleza de las superfic ies que están siendo tratadas y la naturaleza de la

sustanc ia a ser remov ida o dispersada.

2.1.2 Clasificación

Una forma general de clasificar los detergentes es de acuerdo con las

siguientes categor ías : detergentes de lavander ía, productos lavavajillas,

productos de limpieza para uso en casa y productos de limpieza personal

(Show ell 2006). Los detergentes de lavander ía se encuentran en forma de

barras, polvos, líquidos y hojuelas, y son utilizados de manera constante como princ ipales agentes de limpieza. Estos a su vez, se pueden dividir en dos

categor ías principales, los jabonosos y los no jabonosos (Moore 1973). Los

primeros se producen princ ipalmente al calentar grasas y aceites animales y/o

vegetales con hidróxido de sodio, mientras que los segundos se basan

fundamentalmente de petroquímicos derivados de aceites minerales que

reacc ionan con ácido sulfúrico, proceso denominado sulfonac ión. En cuanto a

los productos lavavajillas, como su nombre lo indica, son para el lavado de losa a mano o en máquina y vienen en forma líquida, gel, polvo o tabletas. Por su

parte, en los productos de limpieza para uso en casa se encuentran

princ ipalmente los limpiadores y desinfectantes, mientras que en los productos

19

de limpieza personal están los champús, acondicionadores, pastas dentales y

productos para el aseo de manos y cuerpo (Show ell 2006).

2.2 Detergentes líquidos

Los detergentes líquidos se introdujeron a finales de 1940 en los Estados

Unidos y desde entonces han ganado mucha popular idad en la industr ia

detergente (Broze 1999). En la actualidad, su demanda ha crecido fuertemente

frente a los detergentes en polvo, razón por la cual las grandes compañías productoras de detergentes líquidos se han enfocado en el desarrollo y la

invención de nuevos productos que posean un mejor rendimiento (Smulders

2002). Los detergentes en forma líquida cumplen la misma función que los

detergentes en barra, polvo y hojuelas. No obstante, éstos resultan

particularmente fác iles de dos ificar y tienen la ventaja sobre los detergentes

sólidos de poder trabajar a una temperatura de lavado inf erior. Sin embargo,

cabe mencionar que los detergentes líquidos son más dif íciles de formular, ya

que se debe producir una dispers ión de los constituyentes requeridos en una

forma estable (Arno & Lai 2006).

2.2.1 Componentes

El pr inc ipal componente de un detergente líquido es el surfac tante o tensioactivo, el cual se encarga de llevar a cabo la limpieza o remoción de la

suciedad (Broze 1999). No obstante, otros compuestos como los constructores,

enzimas, blanqueadores, brillantadores ópticos, agentes antidepositantes,

estabilizadores de espuma, hidrótopos, viscosantes, colorantes y perfumes,

desempeñan otras labores que los surfactantes no pueden realizar. Así mismo,

la cantidad empleada de los componentes del detergente líquido varía de

acuerdo con los requer imientos y las espec ificaciones del producto, exceptuando en ocas iones el uso de algunos de ellos en la formulac ión

(Sachdev et al. 2006).

20

2.3 Surfactantes


Los surfac tantes o tensoactivos son los productos químicos de mayor

importancia en la formulación de detergentes. Su pr incipal función es modificar

la interfase entre dos o más fases, con el fin de promover la dispers ión de una

fase en la otra (Show ell 2006) . La capacidad de las moléculas de los

surfactantes de modificar las propiedades interfac iales de los líquidos se or igina debido a su carác ter ambifílico (Arno & Lai 2006); por tal razón, cada molécula

de surfactante posee una parte hidrof ílica y otra lipof ílica, la cual actúa en la

interfase separando las fases inmiscibles y disminuyendo así la tens ión

interfacial (Rosen & Dahanayake 2000) .

2.3.2 Clasificación

Una forma de clas ificar los surfactantes es por la carga iónica de la par te activa

de la molécula en la superficie. De esta forma, pueden ser aniónicos,

catiónicos, no iónicos y anfóteros, en los cuales ex isten cargas tanto positivas

como negativas (Show ell 2006). Entre es tos compuestos, los de mayor uso en

la industr ia de detergentes son los aniónicos, los cuales tienen un alto poder de

limpieza y una gran eficacia para remover las partículas sólidas (Gambogi et al. 2006).

2.3.3 Surfactantes como principio activo

En la actualidad, ex isten diferentes mater ias pr imas que se utilizan como

princ ipio ac tivo para la elaborac ión de diversos productos de uso en la

industria; no obstante, los surfactantes son los compuestos más empleados debido a sus carac ter ísticas y a su desempeño (Rosen & Dahanayake 2000).

La Figura 1 muestra su amplia utilizac ión.

21

70%

30%

Surfac tantesOtros Compuestos

Figura 1. Empleo de compuestos como principio activo (Zulina et al. 2006)

2.3.4 M ercado global

Actualmente, el mercado global de los surfactantes aniónicos a nivel mundial

se encuentra por enc ima de los catiónicos, no iónicos y anfotér icos. La Figura 2

refleja dicha super ior idad.

64%

29%

5% 2%

AniónicosNo iónicosCat iónicosAmfotéricos

Figura 2. Mer cado global de surfactantes (Zulina et al. 2006)

Por otro lado, la demanda de surfactantes en la industr ia para la elaborac ión de

diversos productos ha venido aumentando notor iamente en los últimos años.

Su proyecc ión desde el 2003 al 2012 se aprec ia en la Figura 3.

22

0

1

2

3

4

5

6

7

Europa Asia América

Mi t

on Año 2003Año 2012

Figura 3. Proyecci ón de surfactantes, período 2003-2012 (Zulina et al. 2006)

2.4 Surfactantes aniónicos


Los surfactantes aniónicos se constituyen generalmente por un grupo polar

soluble que puede ser carboxilato, sulfonato, sulfato ó fosfato, y una cadena

hidrocarbonada hidrófoba. Así mismo, la longitud de dicha cadena define la

capac idad hidrosoluble del surfactante, otorgando una alta hidrosolubilidad en

caso de ser corta y viceversa (Broze 1999).

Sin embargo, la mayoría de los tensoactivos aniónicos son producidos a partir

de procesos petroquímicos , razón por la cual generan un alto costo de

elaborac ión y per judican el medio ambiente. Entre este grupo de surfac tantes,

el de mayor uso en la industria detergente es el alquilbenceno lineal sulfonato

(LAS) (Zulina et al. 2006).

2.4.2 Usos y aplicaciones

Los surfactantes aniónicos, se utilizan como pr incipio activo en formulaciones

de todo tipo de detergentes, limpiadores, desengrasantes y desinfec tantes,

además de productos de limpieza personal como champús, acondic ionadores,

pastas dentales, entre otros (Rosen & Dahanayake 2000). También se emplean

23

en la industr ia petrolera, metalúrgica, química, polimérica, plástica y de

pinturas, y poseen aplicaciones agr ícolas y alimentic ias en el acondic ionamiento de fertilizantes, plaguicidas, fungic idas, y herbic idas

(Houston 1985). La Figura 4 presenta su aplicación en la industria.

40%

36%

10%5% 9%

DetergentesOtrosTextilesAceitesCuidado personal

Figura 4. Empleo de surfactantes ani ónicos como principio acti vo (Zulina et al. 2006)

2.5 Componentes empleados para la elaboración del detergente líquido

2.5.1 Surfactantes

2.5.1.1 Alquilbenceno lineal sulfonato (LAS)

El LAS es un surfactante aniónico que se usa a gran escala tanto a nivel

mundial como nac ional en la industria detergente. Su proceso de elaborac ión

cons iste pr inc ipalmente en la sulfonación del alquilbeceno lineal (LAB),

utilizando diversos agentes sulfonadores como el H2SO4, óleo, o SO3 gaseoso;

a escala industr ial, la sulfonación con el SO3 es el proceso más común (Spitz

2004). En un proceso continuo, los productos que reacc ionan mayormente son

varios ácidos sulfónicos , el aceite libre que envuelve principalmente el

alquilbenceno no sulfonado, anhídridos (que se hidrolizan después por la

adic ión de 1% o 2% de agua) y ác ido sulfúrico. Poster iormente, el sulfonato se

obtiene neutralizando la mezc la de ác ido sulfónico con una base apropiada,

generalmente hidróxido de sodio (Broze 1999).

24

En el producto terminado, la distr ibuc ión de los isómeros resulta muy

importante, ya que determina las propiedades f ís icas del mismo. As í mismo, la longitud de la cadena carbonatada es fundamental; entre 11 y 12 carbonos se

favorecen enormemente las caracterís ticas de mojado y espuma, mientras que

entre 13 y 14 carbonos se beneficia la detergenc ia (Broze 1999) . Entre las

princ ipales características del LAS se encuentra el hecho de no exhibir fases

de gel a concentraciones altas, medias o bajas, factor que hace más fácilmente

su dispersión en el agua. De igual manera, posee una alta acción detergente,

biodegradabilidad, poder espumante y solubilidad, por lo cual se emplea comúnmente en la formulación de detergentes líquidos . Sin embargo, presenta

una gran desventaja frente a otros surfactantes debido a su sens ibilidad al

agua dura, causando que su acción detergente disminuya significativamente

(Smulders 2002). La Figura 5 presenta la estructura química general del LAS.

Figura 5. Estructura quí mica del LAS (Showell 2006)

2.5.1.2 Alfa-metil éster sulfonato (MES)

El MES es un surfactante aniónico que se produce por la sulfonac ión de los

metil ésteres que se obtienen en el proceso de producc ión del Biodiesel a partir

de aceites o grasas vegetales. En la actualidad, el MES es produc ido por

grandes compañías en Asia (Lion), Europa (Balles tra) y Es tados Unidos

(Chemithon, Stephan), y su uso en la industr ia detergente se ha venido

implementando rec ientemente (Zulina et al. 2006).

Estudios recientes en Malas ia han demostrado que el MES presenta

carac ter ísticas favorables de detergenc ia, biodegradabilidad y una menor

sens ibilidad en aguas duras, además de tener un bajo cos to frente a otros

surfactantes como el LAS (Zulina et al. 2006). No obstante, el MES presenta

25

problemas a la hora de formularse en detergentes líquidos , debido a la

presencia de una di-sal que se genera en el proceso de hidrólis is, causando una baja solubilidad en agua fría y a temperatura ambiente (Razmah & Salmiah

2004). Sin embargo, se han encontrado diversas maneras de es tabilizar el

MES en formulac iones de detergentes líquidos , mediante la adic ión de

compuestos hidrótropos o combinándolo junto con otros surfactantes de mayor

solubilidad (Fr iberg & Blute 2006).

En el proceso de producc ión del MES se debe llevar a cabo una sulfonac ión en un reac tor de película de caída con un rec iclo, seguida de una digestión de tipo

flujo pistón a una temperatura elevada. El color oscuro del ácido sulfónico se

reduce en un sistema de mezclado continuo de peróx ido de hidrógeno ác ido,

en donde los componentes se añaden a la mezcla y posteriormente se

combinan en un rec ipiente de flujo pistón. La mezcla de ácido metil éster

sulfónico de color claro se neutraliza a un pH controlado, para luego ser

enviada a un desorbedor o a un secador de acuerdo a lo requer ido. Cabe

resaltar que el MES neutralizado posee aún agua y metanol. Si el MES se

desorbe, el metanol se remueve a niveles bajos y permanece una cantidad

significativa de agua. Por el contrar io, si el MES se seca, tanto el agua como el

metanol se remueven. Finalmente, el producto se descarga del secador en

forma de hojuelas con un nivel activo del 90%, haciéndolo fác il de almacenar y

transportar (Sheats & MacArthur 1999) . La Figura 6 presenta la estructura química general del MES.

Figura 6. Estructura quí mica del MES (Showell 2006)

26

2.5.2 Excipientes

2.5.2.1 Trietanolamina (TEA)

La TEA es una base nitrogenada de fórmula química N(C2H4OH)3 que se

obtiene de la reacción entre el amoniaco y el óx ido de etileno. Entre sus

carac ter ísticas más importantes se encuentra su baja volatilidad a temperatura

ambiente y su carácter higroscópico, además de su olor a amoniaco. As í

mismo, se presenta en forma sólida o líquida dependiendo de la temperatura y el grado de pureza (Broze 1999).

La TEA se usa a gran escala como excipiente en var ios tipos de detergentes,

limpiadores , desinfectantes y desengrasantes; igualmente, debido a que es una

base débil, se emplea como agente neutralizante en los shampoos para el

lavado de carros y en las ceras polichantes (Samir et al. 2006) . Otras

aplicaciones importantes de la TEA se encuentran en el área de los

agroquímicos, aditivos de cemento, tratamiento de gases, formulac ión de

productos farmacéuticos, agentes dispersantes para pegamentos, gomas,

latex , reveladores fotográficos , entre otras. La Tabla 1 presenta algunas

propiedades fís icas de la TEA.

Tabla 1. Propiedades físi cas de l a TEA (tomado de: www.niosh.com)

Propiedad Valor / Descripción Masa molecular 149.19 pH (solución 0.1N) 10.5 Dens idad 1100 kg/m3 Punto de fusión 21.6 ºC Punto de ebullición 335.4 ºC Aparienc ia Líquido viscoso Color Incolora Olor Amoniacal Solubilidad en agua Total

2.5.2.2 Carboximetilcelulosa

La carboximetilcelulosa se obtiene a partir de la celulosa, la cual es el

polisacár ido de mayor importancia constituyente de la madera y de todas las

27

estructuras vegetales. Posee una solubilidad completa en agua fr ía y caliente,

pero resulta insoluble en la mayor ía de los disolventes orgánicos (Smulders 2002).

Se utiliza pr inc ipalmente como agente espesante, producto de relleno, fibra

dietética, agente antigrumoso y emuls ificante, agente estabilizante y gelificante,

entre otros. As í mismo, se emplea de manera s ignificativa en formulaciones de

detergentes como viscosante y en menor grado en productos como champús,

lociones, maquillaje líquido y pastas dentales . Por tal razón, es compatible con

los tens ioactivos aniónicos y catiónicos. En las formulac iones de productos, es

recomendable disolverla primero en agua antes de agregar los demás

compuestos (Watson 2006). La Tabla 2 presenta algunas propiedades fís icas

de la carbox imetilcelulosa.

Tabla 2. Propiedades físi cas de l a Carboximetilcelulosa (tomado de: www.niosh. com)

Propiedad Valor / Descripción pH 6 – 12 Dens idad específ ica 0.6 - 0. 9 Aparienc ia Polvo Color Blanco – amarillento Olor Inoloro Solubilidad en agua Total

2.5.2.3 Hidróxido de sodio (NaOH)

El NaOH o soda cáustica, se presenta como un sólido blanco cr istalino s in olor

a temperatura ambiente, absorbiendo la humedad del aire. Se emplea en la

industria como una base química en la fabr icación de detergentes , papel y

tejidos. De igual manera, se utiliza en el procesamiento de jabones, rayón,

papel, tinturas , explos ivos y productos de petróleo, as í como en la producc ión

de textiles de algodón, lavander ía y blanqueado, revestimiento de óx idos,

galvanoplastia y extracción elec trolítica (Ho 2000).

Por otro lado, debido a que el NaOH es una sustancia tóx ica y además

corrosiva, es prec iso tener en cuenta las indicac iones y precauc iones que

aparecen en la hoja de seguridad (Anexo A). La Tabla 3 presenta algunas

propiedades fís icas del NaOH.

28

Tabla 3. Propiedades físi cas del NaOH (tomado de: www.niosh. com)

Propiedad Valor / Descripción Masa molecular 40.01 Dens idad 2100 kg/m3 Punto de fusión 318 ºC Punto de ebullición 1390 ºC Aparienc ia Sól ido en lentejas Color Blanco Olor Inoloro

2.6 Caracterización de la materia prima La mater ia prima para la elaboración del detergente líquido son los surfactantes

(LAS y MES); para su caracterizac ión, se evalúan las pruebas físico-químicas

de concentrac ión micelar cr ítica (CMC), temperatura de Krafft y poder

espumante.

2.6.1 Concentración micelar crítica (CMC)

Los surfactantes en general difieren de las moléculas disueltas debido a su

comportamiento en soluc iones acuosas, ya que por debajo de una

concentración específ ica, sus moléculas se combinan para produc ir micelas.

Este hecho ocurre, ya que los surfactantes contienen un grupo hidrofóbico y un

hidrofílico, ocas ionando que se adsorban en la interfase. En este punto, la parte

hidrofóbica se encuentra en una situac ión más favorable que en la solución, en

donde está rodeada por moléculas de agua. De igual manera, su s ituac ión

energética es mejor y por lo tanto el sis tema es más estable (Valero 2005;

Salager 1993) .

Debido a esto, al aumentar la concentrac ión de los surfactantes, se ocasiona la

formación de micelas (soluc iones coloidales), generando cambios repentinos

en las propiedades de la soluc ión. La concentración correspondiente a dicha

micelación, se conoce como la concentrac ión micelar cr ítica (CMC). Por lo

tanto, la CMC es la concentrac ión a partir de la cual las fuerzas que favorecen

29

la formación de micelas , dominan a las fuerzas que se oponen a esta (Spitz

2004).

2.6.2 Temperatura de Krafft

El punto de Krafft se define como la temperatura por debajo de la cual la

solubilidad de un surfactante se incrementa pronunc iadamente y la solubilidad

del mismo se torna igual a la CMC. Por debajo del punto de Krafft, es posible

que inc luso a la máxima solubilidad del surfactante, la interfase no se sature, evitando as í la formac ión de micelas . De manera adversa, por enc ima del punto

de Krafft, se forman las micelas y debido a su alta solubilidad, ocurre un

incremento abrupto en la solubilidad del surfactante (Rosen & Dahanayake

2000; Salager 1993).

2.6.3 Poder espumante

La espuma es pr incipalmente un sistema de dos fases, una dispersante

(líquida) y otra dispersa (gas), que produce un detergente cuando realiza su

acción de limpieza. Para determinar la capac idad de un detergente de formar la

espuma, se utiliza el poder espumante, el cual mide el nivel de altura que ésta

alcanza al agitar una solución tensoactiva en un rec ipiente cilíndrico (Zulina et

al. 2006; Salmiah & Zahariah 2000).

2.7 Propiedades fí sico-química s

2.7.1 Tensión superficial

Cuando la superfic ie de un líquido posee propiedades de una película elástica y

muy delgada, se dice que se genera el fenómeno de la tensión superfic ial. Este efecto ocurre, debido a que las fuerzas de atracc ión que afectan a las

moléculas difieren tanto en el inter ior del líquido como en la superficie,

ocas ionando que en el seno del líquido se anulen dichas fuerzas. El hecho da

30

como resultado que la energía de la molécula resulte muy baja, generando as í

una disminución en la energía total del s istema, teniendo en cuenta que las moléculas en la superficie tienen una mayor energía promedio que las que se

encuentran en el inter ior (Salager 1993).

Por otro lado, cuando se tiene un volumen específico, la tens ión superficial

cumple la tarea de disminuir el área de superficie del líquido, adquir iendo una

forma esfér ica por ausencia de la gravedad. As í mismo, la tens ión superficial

genera la resis tenc ia que el líquido presenta a la penetrac ión de su superficie.

Una caracterís tica muy importante de la tens ión superficial y las fuerzas

moleculares que se or igina entre los líquidos es , que cuando entran en

contacto con una superficie sólida, se produce el fenómeno de la capilaridad

(Giraldo 2005).

2.7.2 Dureza del agua

Para es ta propiedad, se debe tener en cuenta la concentrac ión de sales de

calcio y magnesio presentes en la soluc ión detergente. Cuando ocurre una

disminuc ión en la concentración de ácido carbónico en el agua, su dureza

decrece, mientras que en el caso contrario, aumenta la solubilidad de fuentes

de carbonatos , generando un crec imiento en la dureza. Debido a este hecho,

se establece que entre mayor sea la concentrac ión, el agua es más dura,

mientras que si resulta menor, ésta será más blanda (Burgos 2006). Un

aspecto fundamental de la dureza es que puede ser temporal (de carbonatos),

o permanente (de no-carbonatos), en donde la disolución y precipitación del

proceso generan la formación de estalagmitas y estalactitas. La Tabla 4

presenta la clas ificación de las aguas según el grado de dureza.

Tabla 4. Cl asificación de las aguas (tomado de www.sodi mac.com)

Denominaci ón GPG (gr anos por gal ón) PPM (par tes por mill ón) Blanda < 1 < 17.1 Ligerament e dura 1 – 3. 5 17.1 – 60 Moderadament e dura 3.5 – 7 60 – 120 Dura 7 – 10 120 – 180 Muy dura > 10 > 180

31

2.7.3 Detergencia La detergencia es una propiedad que permite determinar la capac idad de

limpieza o remoción de suciedad que tiene una solución detergente. La prueba

se rige de acuerdo con la norma estándar IEC 456, la cual mide el desempeño

de una lavadora eléctr ica para el lavado de prendas de uso en casa (Zulina et

al. 2006).

2.7.4 Impacto ambiental

2.7.4.1 Demanda química de oxígeno (DQO)

La demanda química de oxígeno (DQO), al igual que la DBO, es un parámetro

que se encarga de medir el grado de contaminac ión de una muestra líquida,

mediante la cantidad de materia orgánica que puede ser ox idada por acc ión de

los medios químicos presentes . De manera s imilar a la DBO, la DQO se aplica

en aguas residuales que contengan cantidades de materia orgánica, y también

se expresa en mg O2/litro. Cabe resaltar que el valor de la DQO es siempre

mayor que el de la DBO, debido a que en esta técnica se oxidan

adic ionalmente las sus tancias no biodegradables (Delgado & Gómez 2007).

2.7.4.2 Demanda biológica de oxígeno (DBO)

La demanda biológica de oxígeno, conocida también como demanda

bioquímica de oxígeno, es un parámetro que se encarga de medir el grado de

contaminac ión de una muestra líquida, mediante la cantidad de mater ia que

puede llegar a ser consumida u ox idada por medios biológicos (concentrac ión

de los contaminantes orgánicos). Por lo general, la DBO se utiliza en aguas

residuales que puedan tener una cierta cantidad de mater ia orgánica y se mide

al cabo de 5 días (DBO5) en mg O2/litro (Delgado & Gómez 2007).

32

2.7.5 Vi scosidad Para un fluido dado, la viscosidad aparente se define como el coc iente entre el

esfuerzo cortante y la velocidad de deformación. La medic ión de esta

propiedad, se efectúa princ ipalmente en las unidades de miliPascales por

segundo (mPa·s). El término en general, se utiliza para referirse a la viscosidad

de los fluidos no new tonianos, en los cuales la relac ión entre esfuerzo cortante

y la velocidad de deformación no es lineal. Una característica importante de la

viscosidad aparente es que no depende de las caracter ís ticas de los fluidos, sino de las posibles condiciones ambientales que se presenten. Debido a esto,

esta propiedad se puede ver afec tada en gran parte por variables como el

gradiente de veloc idad de deformac ión, la temperatura y la presión, entre otros

(Blasco 2006).

Para evaluar la viscos idad de un líquido en func ión de la temperatura, ex isten

expresiones como la ecuación de Arrhenius y Poiseville, en donde se

encuentra que la viscos idad disminuye con el aumento de la temperatura.

Salvo para el caso del agua a una temperatura menor a 30°C, la viscosidad en

líquidos aumenta exponencialmente con la pres ión. Sin embargo, cuando se

trabaja a una pres ión distinta de la atmosfér ica, los cambios de viscosidad en

función de la presión son s ignificativamente pequeños, razón por la cual en la

gran mayor ía de los casos, el efec to de la pres ión se ignora (Sachdev et al.

2006).

2.7.6 Densidad

El término de dens idad se refiere a la cantidad de masa que se encuentra en

un volumen específico, y es una magnitud que se puede expresar como

absoluta o relativa. Generalmente, la densidad de los detergentes líquidos se

expresa en términos absolutos y tiene un valor aproximado a la del agua,

contenida en un rango de 0.9 a 1.1 g/ml, a diferencia de los detergentes en

polvo que presentan valores menores (Spitz 2004).

33

2.7.7 pH

La gran mayor ía de los detergentes líquidos tienen un pH con carácter básico,

debido a la presencia de bases en las formulac iones (pr incipalmente NaOH).

Sin embargo, algunas compañías productoras de detergentes se han venido

enfocando en la elaboración de productos con un pH neutral, con el fin de

hacer los más aptos para el uso del ser humano al entrar en contacto con la piel

(Show ell 2006).

2.7.8 Conductividad

La conductividad en los detergentes líquidos se define como la capac idad de

transmis ión de calor, electric idad o sonido, razón por la cual es una var iable

que se controla en muchos sectores de la industr ia química. Pare determinar la conductividad en una soluc ión es importante tener en cuenta el movimiento

molecular, así como la cantidad de sales disueltas que se encuentran en el

líquido. Sin embargo, al realizar mediciones, la temperatura afecta dicho

movimiento, causando alteraciones en los valores y errores de precisión. Por lo

tanto, para realizar medic iones comparativas, es preciso trabajar a una

temperatura de referenc ia comprendida generalmente entre los 20 y 25º C

(Valero 2005).

34

3. MATERIALES Y M ÉTODOS

3.1 Materiales

α-MES (Chemithon Corporation, USA) sintetizado a partir de estearina de

palma y LAS (Merck S.A.), con una pureza del 90.24% y 94.85%

respectivamente, fueron los tensoactivos empleados en este estudio. El

hidróxido de sodio, tr ietanolamina (TEA) y carbox imetilcelulosa utilizados en las

diferentes formulac iones eran de grado analítico de Merck S.A .

3.2 M etodología

En el presente es tudio, se evaluaron propiedades físico-químicas para

soluc iones de ambos tensoactivos y para soluciones de detergente preparadas

a partir de una formulación común, contenidas en un rango de concentrac ión

de 0.73% a 4.54% de tensoactivo. As í mismo, se elaboraron soluciones

detergentes utilizando mezclas de ambos surfac tantes dentro del mismo rango

de concentración estudiado. Las pruebas evaluadas para las soluciones

tensoactivas y detergentes se realizaron por tr iplicado, mientras que en el caso

de las mezclas se realizaron por duplicado. Adic ionalmente, se realizó un

anális is fac tor ial en el programa Des ign Expert® para todas las propiedades

físico-químicas de las soluciones detergentes y las mezc las , teniendo en

cuenta los factores y la variable de respuesta analizada en cada caso.

3.2.1 Elaboración del detergente líquido

Para llevar a cabo la elaboración del detergente líquido, se tuvieron en cuenta

varias formulac iones comerciales , selecc ionando la que presentaba mayor

facilidad en la adquis ición de reac tivos. La Tabla 5 presenta la formulac ión

empleada con las cantidades requeridas de cada reac tivo para la elaborac ión de 500ml de soluc ión de detergente.

35

Tabla 5. For mulaci ón del detergente líquido (Gambogi et al. 2006)

Reacti vo Cantidad (ml) Surfactante 430 Carboximeti lcelulosa (8% p/p) 30 TEA (85% pureza) 10 NaOH (0. 5N) 10 Fragancia 10 Pigmento 10

El procedimiento de elaboración del detergente líquido, consis te primero en

calentar agua hasta 40ºC y verterla en un rec ipiente plástico. A continuac ión se

añade el NaOH (0.5N) en el rec ipiente y se mezcla uniformemente (si se

desea, se puede agregar la fragancia). Se deja reposar la solución hasta que

se enfr íe y se añade la soluc ión de surfac tante de manera lenta, agitando

continuamente la solución para garantizar la disolución de los componentes.

Posteriormente, se adiciona la TEA (85% pureza) y la Carbox imetilcelulosa (8% p/p) a la solución y se agita hasta obtener una homogeneidad en la mezcla,

obteniendo finalmente el detergente líquido (en este punto se puede colorear la

soluc ión con un pigmento que sea acorde con la fraganc ia utilizada). Por

último, se procede a empacar el detergente líquido en un recipiente plástico

con tapa y se deja en reposo durante 24 horas antes de ser utilizado. El

procedimiento de elaboración del detergente líquido se resume en la Figura 7.

Figura 7. Procedi miento de elabor aci ón del detergente líquido

36

3.2.2 Propiedades fí sico-química s para surfactantes

3.2.2.1 Concentración micelar crítica (CMC)

La CMC se determina en una gráfica de tensión superfic ial vs concentrac ión de

tensoactivo, como el punto en el cual se presenta un cambio de pendiente

(Valero 2005; Salager 1993) . Para ello, se partió desde una concentrac ión de

tensoactivo conoc ida y se agregaron cantidades pequeñas de agua, midiendo

la tensión superfic ial en cada disolución. La Ilus tración 1 muestra el montaje exper imental para la medición de la CMC.

Ilustración 1. Montaje experimental CMC

3.2.2.2 Temperatura de Krafft El punto de Krafft es la temperatura a la cual la turbidez de una soluc ión del

surfactante desaparece durante un calentamiento lento (Salmiah & Zahar iah

2000). Inicialmente, se prepara una solución 1.0 g dm-3 y se decrece su

37

temperatura hasta 1°C, para poster iormente incrementar la temperatura hasta

que la soluc ión nublada se torne a un color claro. La Ilustración 2 refleja el montaje exper imental para la medic ión de la temperatura de Krafft.

Ilustración 2. Montaje experimental Temperatura de Krafft

3.2.2.3 Poder espumante

El poder espumante se determina al tomar 200ml de solución tensoactiva 0.1%

vertida en una probeta de 500ml y agitada con un agitador de vidr io con base

perforada (Zulina et al. 2006). Luego de 2 minutos de agitac ión constante, se determina la altura inicial de espuma y ésta se mide de nuevo cada 5 minutos

por un per iodo de 30 minutos para determinar la estabilidad de la misma

(Salmiah & Zahar iah 2000) . La Ilustrac ión 3 presenta el montaje experimental

para la medición del poder espumante.

38

Ilustración 3. Montaje experimental Poder espumante

3.2.3 Propiedades fí sico-química s para detergentes 3.2.3.1 Tensi ón superficial

La tens ión superficial se determinó mediante la técnica del ascenso capilar , la

cual consiste en medir el nivel de ascenso del líquido en un capilar de radio

conoc ido utilizando la Ecuac ión 1.

2hR gργ = [1]

Donde h es la altura ascendida por el líquido, ρ la dens idad, g la acelerac ión de

la gravedad y R el radio del capilar (Giraldo 2005). La Ilustrac ión 4 muestra el

montaje exper imental para la medic ión de la tens ión superficial.

39

Ilustración 4. Montaje experimental Tensi ón superfi cial

3.2.3.2 Dureza del agua

La técnica cons iste en determinar a través de una titulac ión con EDTA (0.01 M)

la dureza del agua presente en la solución detergente, identificando el cambio

de color de vino tinto a azul marino. Para ello, se toman 50ml del detergente

líquido y se le agrega 1ml de solución Buffer (pH 10) y 2 gotas de indicador

negro de er io cromo, midiendo el volumen de EDTA empleado (Burgos 2006).

Finalmente, la dureza del agua se calcula mediante la Ecuac ión 2. Las

Ilustraciones 5 y 6 reflejan el montaje experimental para la medic ión de la dureza del agua.

)()()()(

Alicuota

EDTAEDTA

VolumenlenteMasaEquivaiónConcentracVolumen

Dureza××

= [2]

40

Ilustración 5. Montaje experimental Dureza del agua (1)

Ilustración 6. Montaje experimental Dureza del agua (2)

41

3.2.3.3 Detergencia

La detergencia se determinó con ayuda de un espectrofotómetro para medir el

porcentaje de reflactanc ia de un trozo de tela blanca limpia, suc ia y lavada a

una longitud de onda de 600nm. El ensuciamiento se realiza sumergiendo la

tela en aceite por 1 minuto y el lavado se lleva a cabo por un per iodo de tiempo

de 12 minutos con un remojo de 5 minutos de acuerdo con la norma IEC 456.

Finalmente, la detergenc ia se calcula mediante la Ecuac ión 3.

( )( ) 100×⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−−

=BWOCBWAWaDetergenci [3]

En donde AW es la blancura de las prendas después del lavado, BW la

blancura de las prendas antes del lavado, y OC la blancura original de las

prendas antes de estar ensuc iadas o manchadas (Zulina et al. 2006). Las

Ilustraciones 7 y 8 presentan el montaje exper imental para la medición de la

detergencia.

42

Ilustración 7. Montaje experimental Detergenci a (1)

Ilustración 8. Montaje experimental Detergenci a (2)

43

3.2.3.4 Impacto ambiental

3.2.3.4.1 Demanda química de oxígeno (DQO)

Con el fin de ox idar la materia orgánica, el procedimiento requiere de un

oxidante como el dicromato de potasio en presencia de ácido sulfúrico, además

de un catalizador como iones de plata y ácido. En primera instancia, se realiza

una diluc ión de 2ml de detergente en 100ml de agua, a la cual se le agregan

2.5ml del reactivo de digestión (500ml de agua destilada, 10.216g K2Cr2O7 grado es tándar pr imario seco a 148°C por 2 horas, 167ml H2SO4 concentrado,

33.3g HgSO4, diluídos en 1 litro). A continuación se calienta la disolución (bajo

reflujo) durante un per iodo de 2 horas a una temperatura de 148ºC.

Posteriormente, se mide la absorbancia de la solución en un espectrofotómetro

a una longitud de onda de 600nm para establecer la curva de referencia

(calibrac ión) para la medic ión de la DQO, la cual se calcula mediante la

Ecuación 4 (Delgado & Gómez 2007). La Ilustración 9 refleja el montaje

exper imental para la medición de la DQO.

diluciónm

baAbsorbanciaAbsorbanciDQO blancomuestra

Lmg O×

−−=

))(()/( 2

[4]

En donde b es el intercepto y m la pendiente de la curva de calibración. 3.2.3.4.2 Demanda biológica de oxígeno (DBO) Para la medición de la DBO, se parte de un procedimiento s imilar al de la DQO,

en donde se siembran 2ml de la muestra y se inoculan por un per iodo de 5

días. Finalmente, después de la inoculación, se procede a titular las muestras

con una soluc ión de tiosulfato de sodio para identificar el cambio de color de

negro azuloso a transparente, debido a la presencia de almidón en la soluc ión

titulada. Para el cálculo de la DBO se emplea la Ecuación 5. La Ilustración 10

muestra el montaje exper imental para la medición de la DBO.

44

[ ] diluciónVV

OOOODBOsembrado

botellaalinóculofincialinóculoinialmuestrafincialmuestraini

××−−−= )()( 22225 [5]

3.2.3.5 Vi scosidad y Densidad El viscos ímetro digital Brookfield modelo DVE se empleó en la determinac ión

de la viscosidad de las soluciones detergentes , utilizado un número de “spin”

de 0 para todos los casos. Por su parte, la densidad relativa fue determinada

como la relación de densidades de la solución tensoactiva y el agua. Las

Ilustraciones 11 y 12 presentan el montaje exper imental para la medición de la

viscosidad y densidad respectivamente.

Ilustración 9. Montaje experimental Vi scosidad

45

Ilustración 10. Montaj e experi mental Densidad

3.2.3.6 pH y Conductividad

El pH y la conductividad de cada soluc ión detergente se determinó mediante un

pH metro Mettler Toledo modelo MP 220 y un conductivímetro Oakton modelo

35607-80. Las Ilustraciones 13 y 14 muestran el montaje experimental para la

medic ión del pH y la conductividad respectivamente.

Ilustración 11. Montaj e experi mental pH

46

Ilustración 12. Montaj e experimental Conductividad

47

4. RESULTADOS OBTENIDOS

4.1 Elaboración de los detergentes líquidos Los detergentes líquidos se elaboraron satisfactor iamente utilizando la

formulac ión selecc ionada con su respectivo procedimiento, teniendo en cuenta

la var iac ión de concentración del surfac tante contenida dentro del rango de

estudio (0.73 a 4.54%) y la proporción de mezcla para los detergentes

elaborados a partir de ambos surfactantes. Para cada concentrac ión se

elaboraron 3 detergentes, para un total de 15 por cada surfactante, mientras

que para el caso de las mezclas se tomaron 3 concentrac iones elaborando 2

para cada una. Las Ilustraciones 15, 16 y 17 presentan los detergentes líquidos

elaborados para el LAS, MES y las mezclas.

Ilustración 13. Detergentes líquidos (LAS)

48

Ilustración 14. Detergentes líquidos (MES)

Ilustración 15. Detergentes líquidos (LAS, MES y mezcl as)

4.2 Propiedades fí sico-química s para surfactantes

4.2.1 CMC Para la determinación de la CMC, se par tió desde una concentración de

tensoactivo cercana al valor reportado por la literatura y se agregaron

cantidades de agua para disminuir la concentración, midiendo la tens ión

superfic ial en cada disolución. Las Tablas 6, 7 y 8 presentan los resultados

obtenidos para la CMC del LAS y las Tablas 9, 10 y 11 para el MES.

49

Tabla 6. Resul tados CMC L AS (Ensayo 1)

Ensayo 1 Concentraci ón de Surfactante (g/L) Densidad (g/ ml) Altura (cm) Tensi ón Superfci al (Dyn/ cm)

1.444 0.999803768 2.6 146.580648 1.7328 0.999803768 1.8 101.4789101 2.0216 0.999803768 1.7 95.84119292

2.3104 (CMC) 0.999803768 1.4 78.92804123 2.5992 0.999803768 1.4 78.92804123 2.888 0.999803768 1.3 73.290324 5.776 0.999803768 1.3 73.290324



1.444 0.999803768 2.6 146.580648 1.7328 0.999803768 1.8 101.4789101 2.0216 0.999803768 1.6 90.20347569 2.3104 0.999803768 1.5 84.56575846

2.5992 (CMC) 0.999803768 1.4 78.92804123 2.888 0.999803768 1.4 78.92804123 5.776 0.999803768 1.4 78.92804123



1.444 0.999803768 2.6 146.580648 1.7328 0.999803768 1.7 95.84119292 2.0216 0.999803768 1.6 90.20347569 2.3104 0.999803768 1.5 84.56575846

2.5992 (CMC) 0.999803768 1.4 78.92804123 2.888 0.999803768 1.4 78.92804123 5.776 0.999803768 1.3 73.290324

Tabla 9. Resul tados CMC MES (Ensayo 1)


0.07 0.995879121 2.6 146.0052578 0.08 0.995879121 2.5 140.389671 0.09 0.995879121 2.5 140.389671 0.1 0.995879121 2.4 134.7740841 0.2 0.995879121 2.3 129.1584973

0.3 (CMC) 0.995879121 1.9 106.6961499 0.4 0.995879121 1.9 106.6961499

50

Tabla 10. Resultados CMC MES (Ensayo 2)


0.07 0.995879121 2.6 146.0052578 0.08 0.995879121 2.5 140.389671 0.09 0.995879121 2.4 134.7740841 0.1 0.995879121 2.3 129.1584973

0.2 (CMC) 0.995879121 2 112.3117368 0.3 0.995879121 2 112.3117368 0.4 0.995879121 1.9 106.6961499

Tabla 11. Resultados CMC MES (Ensayo 3)


0.07 0.995879121 2.6 146.0052578 0.08 0.995879121 2.6 146.0052578 0.09 0.995879121 2.5 140.389671

0.1 (CMC) 0.995879121 2.4 134.7740841 0.2 0.995879121 2.4 134.7740841 0.3 0.995879121 2 112.3117368 0.4 0.995879121 1.9 106.6961499

4.2.2 Temperatura de Krafft

Partiendo de la soluc ión tensoactiva 1.0 g dm-3 con apariencia nublosa a 1°C,

se calentó lentamente hasta tornarse a un color claro. La Tabla 12 muestra los

resultados obtenidos para la temperatura de Krafft del LAS y el MES.

Tabla 12. Resultados Temper atur a de Kr afft LAS y MES

LAS MES Ensayo Temperatura de Krafft (ºC) Temper atur a de Krafft (ºC)

1 8 21 2 9 22 3 8 20


Después de agitar 200ml de la soluc ión tensoactiva 0.1% en la probeta de

500ml, se determinó la altura inic ial de espuma y se midió de nuevo cada 5

51

minutos por un periodo de 30 minutos. Las Tablas 13 y 14 reflejan los

resultados obtenidos para el LAS y el MES respectivamente.

Tabla 13. Resultados Poder espumante LAS

Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Volumen (ml) tiempo (min) Volumen (ml) tiempo (min) Volumen (ml) tiempo (min)

450 0 445 0 430 0 425 5 425 5 410 5 405 10 400 10 385 10 390 15 385 15 370 15 375 20 365 20 360 20 365 25 350 25 355 25 350 30 345 30 350 30

Tabla 14. Resultados Poder espumante MES

Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Volumen (ml) tiempo (min) Volumen (ml) tiempo (min) Volumen (ml) tiempo (min)

410 0 390 0 400 0 380 5 370 5 375 5 360 10 345 10 350 10 325 15 325 15 330 15 285 20 290 20 305 20 270 25 270 25 285 25 260 30 255 30 270 30

4.3 Propiedades fí sico-química s para detergentes

4.3.1 Tensi ón superficial

Utilizando la Ecuac ión 1 de la técnica del ascenso capilar, se calculó la tens ión superfic ial para los detergentes líquidos . Las Tablas 15 y 16 presentan los

resultados obtenidos para el LAS y el MES.

52

Tabla 15. Resultados Tensión superfici al LAS

Concentraci ón Surfactante Tensi ón Superficial Densidad Gravedad Capilar Altur a (%) (Dyn/ cm) (g/cm³) (cm/seg²) (cm) (cm)

0.731707317 99.22344934 0.9998 980.665 0.115 1.76 0.731707317 97.57116121 1.0002 980.665 0.115 1.73 0.731707317 97.04596116 1.0006 980.665 0.115 1.72 1.538461538 97.08475627 1.001 980.665 0.115 1.72 1.538461538 96.55887957 1.0014 980.665 0.115 1.71 1.538461538 95.41047672 1.0012 980.665 0.115 1.69 2.432432432 95.46765439 1.0018 980.665 0.115 1.69 2.432432432 94.33785967 1.0018 980.665 0.115 1.67 2.432432432 92.68015826 1.0022 980.665 0.115 1.64 3.428571429 92.15180048 1.0026 980.665 0.115 1.63 3.428571429 92.13341791 1.0024 980.665 0.115 1.63 3.428571429 91.05741756 1.003 980.665 0.115 1.61 4.545454545 90.52793201 1.0034 980.665 0.115 1.6 4.545454545 90.56402048 1.0038 980.665 0.115 1.6 4.545454545 89.41415154 1.0036 980.665 0.115 1.58

Tabla 16. Resultados Tensión superfici al MES

Concentraci ón Surfactante Tensi ón Superficial Densidad Gravedad Capilar Altur a (%) (Dyn/ cm) (g/cm³) (cm/seg²) (cm) (cm)

0.731707317 87.87768485 0.999 980.665 0.115 1.56 0.731707317 87.27940565 0.9986 980.665 0.115 1.55 0.731707317 86.18772937 0.999 980.665 0.115 1.53 1.538461538 86.20498417 0.9992 980.665 0.115 1.53 1.538461538 85.09515088 0.9994 980.665 0.115 1.51 1.538461538 84.54852331 0.9996 980.665 0.115 1.5 2.432432432 84.63310566 1.0006 980.665 0.115 1.5 2.432432432 83.53804609 1.001 980.665 0.115 1.48 2.432432432 82.35975748 1.0004 980.665 0.115 1.46 3.428571429 80.7158148 1.001 980.665 0.115 1.43 3.428571429 80.15136855 1.001 980.665 0.115 1.42 3.428571429 79.61872526 1.0014 980.665 0.115 1.41 4.545454545 79.06984215 1.0016 980.665 0.115 1.4 4.545454545 78.48938164 1.0014 980.665 0.115 1.39 4.545454545 77.39093877 1.0018 980.665 0.115 1.37


Llevando a cabo la titulación con EDTA y siguiendo el procedimiento descrito

para la determinación de esta propiedad, se calculó la dureza del agua

presente en las soluc iones detergentes mediante la Ecuación 2. La Tabla 17

muestra los resultados obtenidos para ambos surfactantes.

53

Tabla 17. Resultados Dureza del agua LAS y MES

LAS MES Concentraci ón de Surfactante (%) Vol EDTA (ml) Dureza (ppm) Vol EDTA (ml) Dureza (ppm)

0,731707317 1,3 13 0,9 9 0,731707317 1,4 14 0,9 9 0,731707317 1,4 14 0,8 8 1,538461538 1,5 15 1 10 1,538461538 1,6 16 1 10 1,538461538 1,6 16 1,1 11 2,432432432 1,7 17 1,2 12 2,432432432 1,7 17 1,1 11 2,432432432 1,6 16 1,1 11 3,428571429 1,8 18 1,3 13 3,428571429 1,8 18 1,2 12 3,428571429 1,8 18 1,3 13 4,545454545 1,9 19 1,3 13 4,545454545 1,9 19 1,4 14 4,545454545 2 20 1,3 13

4.3.3 Detergencia

Utilizando el espectrofotómetro, se determinó el porcentaje de reflactancia a

600nm del trozo de tela blanca limpia, sucia y lavada, y la detergencia se

calculó mediante la Ecuac ión 3. Las Tablas 18, 19, 20 y 21 reflejan los

resultados obtenidos para el LAS y las Tablas 22, 23, 24 y 25 para el MES, en

ambos casos var iando la temperatura (20 y 30°C) y la dureza del agua (14 y 0 ppm) respectivamente.

Tabla 18. Resultados Detergenci a LAS (Temperatura 20°C y Dureza agua 14 ppm)

Reflactancia a 600nm Concentración Surfactante (%) Limpio Sucio Lavado Detergencia (%)

0.731707317 26.149 3.547 17.951 63.72887355 0.731707317 26.112 3.419 17.843 63.56145067 0.731707317 26.097 3.331 17.738 63.28296583 1.538461538 27.089 3.887 18.882 64.62804931 1.538461538 27.115 3.736 18.756 64.24569058 1.538461538 27.221 3.625 18.613 63.51924055 2.432432432 25.769 3.861 18.952 68.88351287 2.432432432 25.671 3.742 18.841 68.85402891 2.432432432 25.552 3.638 18.769 69.04718445 3.428571429 27.995 3.531 20.996 71.39061478 3.428571429 27.901 3.356 20.831 71.19576288 3.428571429 27.847 3.214 20.779 71.30678358 4.545454545 26.668 3.891 20.221 71.69513105 4.545454545 26.523 3.753 20.147 71.9982433 4.545454545 26.479 3.677 20.082 71.94544338

54

Tabla 19. Resultados Detergencia LAS (Temperatura 20°C y Dureza agua 0 ppm)


0.731707317 25.531 3.896 18.078 65.5511902 0.731707317 25.476 3.774 17.932 65.23822689 0.731707317 25.317 3.652 17.854 65.55273483 1.538461538 25.895 3.315 18.755 68.37909655 1.538461538 25.701 3.257 18.609 68.40135448 1.538461538 25.684 3.111 18.562 68.44903203 2.432432432 27.437 3.958 20.252 69.39818561 2.432432432 27.396 3.843 20.187 69.39243408 2.432432432 27.223 3.736 20.005 69.26810576 3.428571429 26.851 3.608 20.857 74.21159059 3.428571429 26.712 3.512 20.703 74.09913793 3.428571429 26.699 3.471 20.615 73.80747374 4.545454545 25.693 3.775 20.179 74.84259513 4.545454545 25.553 3.638 20.036 74.82546201 4.545454545 25.407 3.502 19.994 75.28874686

Tabla 20. Resultados Detergenci a LAS (Temperatura 30°C y Dureza agua 14 ppm)


0.731707317 25.534 3.432 20.365 76.6129762 0.731707317 25.419 3.368 20.271 76.65411999 0.731707317 25.387 3.217 20.104 76.17050068 1.538461538 27.745 3.794 22.672 78.81925598 1.538461538 27.608 3.657 22.581 79.01131477 1.538461538 27.513 3.561 22.402 78.66148965 2.432432432 27.895 3.454 22.906 79.58757825 2.432432432 27.746 3.323 22.766 79.6093846 2.432432432 27.607 3.187 22.698 79.8976249 3.428571429 25.411 3.893 21.113 80.02602472 3.428571429 25.309 3.745 21.056 80.27731404 3.428571429 25.226 3.626 20.997 80.4212963 4.545454545 26.792 3.652 22.452 81.2445981 4.545454545 26.683 3.501 22.318 81.17073592 4.545454545 26.544 3.412 22.209 81.25972679

55

Tabla 21. Resultados Detergencia LAS (Temperatura 30°C y Dureza agua 0 ppm)


0.731707317 27.546 3.534 22.672 79.70181576 0.731707317 27.413 3.472 22.501 79.48289545 0.731707317 27.398 3.387 22.429 79.3053184 1.538461538 26.896 3.908 22.201 79.57630068 1.538461538 26.753 3.812 22.163 79.99215379 1.538461538 26.609 3.753 22.008 79.86961848 2.432432432 27.661 3.773 22.932 80.20344943 2.432432432 27.537 3.689 22.805 80.15766521 2.432432432 27.408 3.545 22.778 80.59757784 3.428571429 25.432 3.451 21.657 82.82607707 3.428571429 25.357 3.309 21.534 82.66055878 3.428571429 25.222 3.218 21.489 83.03490274 4.545454545 25.856 3.635 22.464 84.73516043 4.545454545 25.745 3.578 22.318 84.5400821 4.545454545 25.607 3.402 22.207 84.6881333

Tabla 22. Resultados Detergenci a MES (Temper atur a 20°C y Dureza agua 14 ppm)


0.731707317 26.763 3.316 20.407 72.89205442 0.731707317 26.608 3.257 20.357 73.23026851 0.731707317 26.516 3.174 20.293 73.33990232 1.538461538 25.367 3.745 19.845 74.46119693 1.538461538 25.289 3.698 19.771 74.44305498 1.538461538 25.135 3.506 19.639 74.58967127 2.432432432 27.889 3.419 22.563 78.23457295 2.432432432 27.721 3.384 22.404 78.15260714 2.432432432 27.646 3.275 22.317 78.13384761 3.428571429 26.904 3.784 22.189 79.60640138 3.428571429 26.845 3.681 22.054 79.31704369 3.428571429 26.734 3.503 21.971 79.49722354 4.545454545 25.612 3.695 21.367 80.63147329 4.545454545 25.587 3.547 21.219 80.1814882 4.545454545 25.443 3.423 21.106 80.30426885

56

Tabla 23. Resultados Detergenci a MES (Temper atura 20°C y Dur eza agua 0 ppm)


0.731707317 26.896 3.853 21.089 74.79928829 0.731707317 26.714 3.741 20.945 74.8879119 0.731707317 26.609 3.682 20.857 74.91167619 1.538461538 25.521 3.542 20.113 75.39469494 1.538461538 25.411 3.499 20.064 75.59784593 1.538461538 25.375 3.306 19.945 75.39535094 2.432432432 27.904 2.683 22.534 78.70821934 2.432432432 27.845 3.577 22.469 77.84737102 2.432432432 27.771 3.451 22.301 77.50822368 3.428571429 26.643 3.794 22.143 80.30548383 3.428571429 26.578 3.608 22.089 80.45711798 3.428571429 26.419 3.556 21.946 80.43563837 4.545454545 25.947 3.411 21.783 81.5228967 4.545454545 25.844 3.385 21.698 81.53969455 4.545454545 25.792 3.263 21.502 80.95787651

Tabla 24. Resultados Detergenci a MES (Temper atur a 30°C y Dureza agua 14 ppm)


0.731707317 27.871 3.512 23.643 82.64296564 0.731707317 27.712 3.467 23.504 82.64384409 0.731707317 27.659 3.318 23.419 82.5808307 1.538461538 25.895 3.336 22.114 83.2395053 1.538461538 25.762 3.241 22.087 83.6818969 1.538461538 25.689 3.178 21.936 83.32815068 2.432432432 27.335 3.663 23.809 85.10476512 2.432432432 27.219 3.549 23.744 85.31896916 2.432432432 27.118 3.437 23.682 85.4904776 3.428571429 25.635 3.875 23.462 90.01378676 3.428571429 25.551 3.761 23.316 89.74300138 3.428571429 25.482 3.694 23.289 89.93482651 4.545454545 26.761 3.997 24.867 91.67984537 4.545454545 26.694 3.836 24.718 91.35532418 4.545454545 26.556 3.709 24.663 91.71444829

57

Tabla 25. Resultados Detergenci a MES (Temper atura 30°C y Dur eza agua 0 ppm)


0.731707317 25.536 3.894 22.067 83.97098235 0.731707317 25.478 3.756 21.952 83.76760888 0.731707317 25.309 3.652 21.803 83.81123886 1.538461538 25.787 3.312 22.675 86.15350389 1.538461538 25.682 3.241 22.592 86.23056014 1.538461538 25.512 3.198 22.417 86.12978399 2.432432432 27.909 3.764 24.846 87.31414372 2.432432432 27.811 3.659 24.735 87.2639947 2.432432432 27.745 3.517 24.669 87.30394585 3.428571429 26.645 3.451 24.762 91.88152108 3.428571429 26.573 3.389 24.656 91.73136646 3.428571429 26.474 3.246 24.508 91.53607715 4.545454545 25.791 3.598 24.209 92.87162619 4.545454545 25.683 3.406 24.117 92.97032814 4.545454545 25.535 3.331 24.001 93.09133489


4.3.4.1 DQO

Siguiendo el procedimiento descrito en la metodología para la medición de la

DQO, se obtuv ieron los resultados que se presentan en la Tabla 26. Así mismo,

la Tabla 27 muestra los cálculos de la DQO realizados mediante la Ecuación 4.

Tabla 26. Resultados DQO LAS y MES (1)

Valor Pendiente 0.0003 Intercepto 0.0027 Factor dedilución 50 Absorbancia LAS 0.357 Absorbancia MES 0.249

Tabla 27. Resultados DQO LAS y MES (2)

DQO (mg/L) LAS MES

59499.865 41499.865

58

4.3.4.2 DBO De manera similar que en el caso de la DQO, se s iguió el procedimiento

respectivo para el cálculo de la DBO utilizando la Ecuación 5. Las Tablas 28 y

29 reflejan los resultados obtenidos.

Tabla 28. Resultados DBO L AS y MES (1)

Valor Unidad Factor de dilución 50 - Volumen sembrado 2 ml Volumen bot ella 300 ml O2 inicial LAS 6.2 mg/L O2 inicial MES 6.2 mg/L O2 final LAS 2.5 mg/L O2 final MES 1.25 mg/L O2 inicial inóculo 6.2 mg/L O2 final inóculo 5.5 mg/L

Tabla 29. Resultados DBO L AS y MES (2)

DBO5 (mg/L) LAS MES

31875 22500

4.3.5 Vi scosidad

Utilizando el viscosímetro digital Brookfield modelo DVE con un spin de 0, se

determinó la viscosidad de las soluciones detergentes. Las Tablas 30 y 31 muestran los resultados obtenidos para el LAS, mientras que las Tablas 32 y

33 para el MES.

59

Tabla 30. Resultados Viscosidad LAS (1)

(30RPM) (50 RPM) Concentraci ón de Surfactante (%) Torque (%) Viscosidad (cP) Torque (%) Viscosidad (cP)

0,731707317 12,7 2,54 22,7 2,68 0,731707317 12,8 2,56 22,9 2,7 0,731707317 13 2,6 22,7 2,71 1,538461538 12,9 2,58 24 2,81 1,538461538 13,1 2,62 24,1 2,83 1,538461538 13,1 2,62 24,2 2,79 2,432432432 13,2 2,64 24,3 2,84 2,432432432 13,3 2,66 24,4 2,86 2,432432432 13,5 2,7 24,6 2,86 3,428571429 13,4 2,68 24,8 2,88 3,428571429 13,7 2,74 24,6 2,9 3,428571429 13,6 2,72 24,8 2,86 4,545454545 13,9 2,78 24,9 2,92 4,545454545 13,8 2,76 25 2,93 4,545454545 13,9 2,78 25,1 2,95

Tabla 31. Resultados Viscosidad LAS (2)

(60 RPM) (100 RPM) Concentraci ón de Surfactante (%) Torque (%) Viscosidad (cP) Torque (%) Viscosidad (cP)

0,731707317 27,6 2,7 45,2 2,664 0,731707317 27,4 2,72 45,1 2,676 0,731707317 27,9 2,69 45,5 2,683 1,538461538 28,5 2,72 46,6 2,766 1,538461538 28,3 2,73 47,1 2,778 1,538461538 28,2 2,73 46,6 2,751 2,432432432 28,8 2,75 47,3 2,796 2,432432432 28,9 2,74 47,6 2,796 2,432432432 28,8 2,77 47,8 2,788 3,428571429 29,1 2,79 48,7 2,812 3,428571429 29,3 2,8 49,3 2,837 3,428571429 29,2 2,81 49,1 2,841 4,545454545 29,5 2,82 49,7 2,853 4,545454545 31,1 2,84 49,9 2,862 4,545454545 30,7 2,85 50,1 2,886

60

Tabla 32. Resultados Viscosidad MES (1)

(30RPM) (50 RPM) Concentraci ón de Surfactante (%) Torque (%) Viscosidad (cP) Torque (%) Viscosidad (cP)

0,731707317 13,1 2,62 22,3 2,72 0,731707317 13 2,6 22,5 2,74 0,731707317 13,3 2,66 22,6 2,72 1,538461538 13,5 2,7 23,4 2,88 1,538461538 13,6 2,72 23,6 2,89 1,538461538 13,6 2,72 23,2 2,9 2,432432432 13,7 2,74 23,7 2,92 2,432432432 13,9 2,78 23,9 2,93 2,432432432 13,8 2,76 23,9 2,95 3,428571429 13,9 2,78 24 2,97 3,428571429 14,1 2,82 24,1 2,95 3,428571429 14,1 2,82 23,9 2,97 4,545454545 14,3 2,86 24,2 2,98 4,545454545 14,5 2,9 24,3 3 4,545454545 14,2 2,84 24,5 3,1

Tabla 33. Resultados Viscosidad MES (2)

(60 RPM) (100 RPM) Concentraci ón de Surfactante (%) Torque (%) Viscosidad (cP) Torque (%) Viscosidad (cP)

0,731707317 27 2,76 44,4 2,712 0,731707317 27,2 2,74 44,6 2,706 0,731707317 26,9 2,79 44,7 2,747 1,538461538 27,2 2,85 46,1 2,796 1,538461538 27,3 2,83 46,3 2,821 1,538461538 27,3 2,82 45,9 2,796 2,432432432 27,5 2,88 46,6 2,838 2,432432432 27,4 2,86 46,6 2,856 2,432432432 27,7 2,88 46,5 2,869 3,428571429 27,9 2,91 46,8 2,893 3,428571429 28 2,93 47,1 2,935 3,428571429 28,1 2,92 47,2 2,917 4,545454545 28,2 2,95 47,4 2,982 4,545454545 28,4 2,98 47,5 3,012 4,545454545 28,5 2,99 47,5 3,012

4.3.6 Densidad Por medio de la relac ión de dens idades de la solución tensoactiva y el agua, se

determinó la dens idad relativa de los detergentes líquidos. Los resultados

obtenidos para el LAS y el MES se reflejan en la Tabla 34.

61

Tabla 34. Resultados Densidad LAS y MES

LAS MES Concentraci ón de Surfactante (%) Densidad (g/ cm³) Densidad (g/ cm³)

0,731707317 0,9998 0,999 0,731707317 1,0002 0,9986 0,731707317 1,0006 0,999 1,538461538 1,001 0,9992 1,538461538 1,0014 0,9994 1,538461538 1,0012 0,9996 2,432432432 1,0018 1,0006 2,432432432 1,0018 1,001 2,432432432 1,0022 1,0004 3,428571429 1,0026 1,001 3,428571429 1,0024 1,001 3,428571429 1,003 1,0014 4,545454545 1,0034 1,0016 4,545454545 1,0038 1,0014 4,545454545 1,0036 1,0018

4.3.7 pH

Utilizando el pH metro Mettler Toledo modelo MP 220 se determinó el pH de las

soluc iones detergentes. La Tabla 35 presenta los resultados obtenidos para

ambos surfactantes.

Tabla 35. Resultados pH LAS y MES

LAS MES Concentraci ón de Surfactante (%) pH pH

0,731707317 12,84 12,39 0,731707317 12,85 12,4 0,731707317 12,84 12,39 1,538461538 12,89 12,44 1,538461538 12,91 12,46 1,538461538 12,88 12,45 2,432432432 12,96 12,53 2,432432432 12,98 12,51 2,432432432 12,98 12,52 3,428571429 13,02 12,58 3,428571429 13,02 12,6 3,428571429 13,03 12,61 4,545454545 13,07 12,66 4,545454545 13,09 12,63 4,545454545 13,08 12,65

62

4.3.8 Conductividad

Por medio del conductivímetro Oakton modelo 35607-80 se determinó la

conductivdad de las soluc iones detergentes. La Tabla 36 muestra los

resultados obtenidos para ambos surfactantes.

Tabla 36. Resultados Conductividad LAS y MES

LAS MES Concentraci ón Surfactante (%) Conductividad (mS/cm) Conductividad (mS/cm)

0,731707317 5,08 4,68 0,731707317 5,12 4,62 0,731707317 5,19 4,79 1,538461538 6,42 5,41 1,538461538 6,38 5,33 1,538461538 6,44 5,28 2,432432432 7,46 6,52 2,432432432 7,51 6,59 2,432432432 7,44 6,68 3,428571429 8,49 7,29 3,428571429 8,46 7,43 3,428571429 8,56 7,38 4,545454545 9,61 8,51 4,545454545 9,53 8,43 4,545454545 9,57 8,39

4.4 Propiedades fí sico-química s para las mezclas


La Tabla 37 presenta los resultados obtenidos para la tens ión superficial de las

mezclas de detergentes.

63

Tabla 37. Resultados Tensión superfici al mezcl as


Los resultados para la dureza del agua se muestran en la Tabla 38.

Tabla 38. Resultados Dureza del agua mezclas

Concentraci ón de Surfactante (%) Mezcla (%) Volumen EDTA (ml) Dureza Agua (ppm) 0.731707317 75 LAS - 25 MES 1.3 13 0.731707317 75 LAS - 25 MES 1.2 12 0.731707317 50 LAS - 50 MES 1.1 11 0.731707317 50 LAS - 50 MES 1.1 11 0.731707317 25 LAS - 75 MES 0.9 9 0.731707317 25 LAS - 75 MES 1 10 2.432432432 75 LAS - 25 MES 1.6 16 2.432432432 75 LAS - 25 MES 1.5 15 2.432432432 50 LAS - 50 MES 1.4 14 2.432432432 50 LAS - 50 MES 1.5 15 2.432432432 25 LAS - 75 MES 1.2 12 2.432432432 25 LAS - 75 MES 1.3 13 4.545454545 75 LAS - 25 MES 1.9 19 4.545454545 75 LAS - 25 MES 1.9 19 4.545454545 50 LAS - 50 MES 1.7 17 4.545454545 50 LAS - 50 MES 1.6 16 4.545454545 25 LAS - 75 MES 1.4 14 4.545454545 25 LAS - 75 MES 1.5 15

Concentraci ón Surfactante Mezcl a Tensi ón Superficial Densidad Capilar Altur a (%) (%) (Dyn/ cm) (g/cm³) (cm) (cm)

0.731707317 75 LAS - 25 MES 94.74171222 1.0001 0.115 1.68 0.731707317 75 LAS - 25 MES 94.1871903 1.0002 0.115 1.67 0.731707317 50 LAS - 50 MES 93.07780811 1.0004 0.115 1.65 0.731707317 50 LAS - 50 MES 93.05919999 1.0002 0.115 1.65 0.731707317 25 LAS - 75 MES 92.52294785 1.0005 0.115 1.64 0.731707317 25 LAS - 75 MES 91.39461922 1.0005 0.115 1.62 2.432432432 75 LAS - 25 MES 91.45856348 1.0012 0.115 1.62 2.432432432 75 LAS - 25 MES 90.92123997 1.0015 0.115 1.61 2.432432432 50 LAS - 50 MES 89.8007493 1.0016 0.115 1.59 2.432432432 50 LAS - 50 MES 89.79178357 1.0015 0.115 1.59 2.432432432 25 LAS - 75 MES 88.69773899 1.0019 0.115 1.57 2.432432432 25 LAS - 75 MES 88.12398867 1.0018 0.115 1.56 4.545454545 75 LAS - 25 MES 86.47243358 1.0023 0.115 1.53 4.545454545 75 LAS - 25 MES 87.05498046 1.0025 0.115 1.54 4.545454545 50 LAS - 50 MES 85.93296731 1.0026 0.115 1.52 4.545454545 50 LAS - 50 MES 85.36761885 1.0026 0.115 1.51 4.545454545 25 LAS - 75 MES 84.82764508 1.0029 0.115 1.5 4.545454545 25 LAS - 75 MES 84.84456155 1.0031 0.115 1.5

64

4.4.3 Detergencia

Los resultados para la detergenc ia de las mezclas se reflejan en las Tablas 39,

40, 41 y 42.

Tabla 39. Resultados Detergenci a mezcl as (Temperatur a 20°C y Dur eza agua 14 ppm)

Reflactancia a 600nm Concentración Surfactante (%) Mezcl a (%) Limpio Sucio Lavado Detergencia (%)





65







4.4.4 Vi scosidad Las Tablas 43 y 44 presentan los resultados obtenidos para la viscos idad de

las mezc las detergentes.

66

Tabla 43. Resultados Viscosidad mezclas (1)

30 RPM 50 RPM Concentraci ón de Surfactante Mezcl a Torque Viscosidad Torque Viscosidad

(%) (%) (%) (cP) (%) (cP) 0.731707317 75 LAS - 25 MES 12.9 2.58 21.6 2.59 0.731707317 75 LAS - 25 MES 13 2.6 21.6 2.59 0.731707317 50 LAS - 50 MES 13 2.6 21.8 2.61 0.731707317 50 LAS - 50 MES 13.2 2.64 21.6 2.59 0.731707317 25 LAS - 75 MES 13.3 2.66 21.9 2.62 0.731707317 25 LAS - 75 MES 13.2 2.64 21.7 2.6 2.432432432 75 LAS - 25 MES 13.4 2.68 22.1 2.64 2.432432432 75 LAS - 25 MES 13.4 2.68 22.3 2.66 2.432432432 50 LAS - 50 MES 13.6 2.72 22.6 2.69 2.432432432 50 LAS - 50 MES 13.4 2.68 22.7 2.72 2.432432432 25 LAS - 75 MES 13.8 2.76 22.7 2.72 2.432432432 25 LAS - 75 MES 13.9 2.78 22.4 2.67 4.545454545 75 LAS - 25 MES 13.9 2.78 23.1 2.76 4.545454545 75 LAS - 25 MES 14.1 2.82 22.9 2.74 4.545454545 50 LAS - 50 MES 13.9 2.78 23.3 2.8 4.545454545 50 LAS - 50 MES 14.1 2.82 23.4 2.81 4.545454545 25 LAS - 75 MES 14.2 2.84 23.3 2.8 4.545454545 25 LAS - 75 MES 14.3 2.86 23.4 2.81

Tabla 44. Resultados Viscosidad mezclas (2)

60 RPM 100 RPM Concentraci ón de Surfactante Mezcl a Torque Viscosidad Torque Viscosidad

(%) (%) (%) (cP) (%) (cP) 0.731707317 75 LAS - 25 MES 25.8 2.58 42.8 2.568 0.731707317 75 LAS - 25 MES 25.8 2.58 42.4 2.544 0.731707317 50 LAS - 50 MES 26.1 2.61 42.8 2.568 0.731707317 50 LAS - 50 MES 26 2.6 42.9 2.574 0.731707317 25 LAS - 75 MES 25.9 2.59 43 2.58 0.731707317 25 LAS - 75 MES 26.1 2.61 43.2 2.592 2.432432432 75 LAS - 25 MES 26.3 2.63 44.3 2.658 2.432432432 75 LAS - 25 MES 26.1 2.61 44.4 2.664 2.432432432 50 LAS - 50 MES 26.5 2.65 44.4 2.664 2.432432432 50 LAS - 50 MES 26.2 2.62 44.7 2.682 2.432432432 25 LAS - 75 MES 26.6 2.66 45.8 2.748 2.432432432 25 LAS - 75 MES 26.6 2.66 45.4 2.724 4.545454545 75 LAS - 25 MES 27.2 2.72 46.7 2.764 4.545454545 75 LAS - 25 MES 27.3 2.73 47.1 2.808 4.545454545 50 LAS - 50 MES 27.3 2.73 47.1 2.808 4.545454545 50 LAS - 50 MES 27.3 2.73 47.4 2.844 4.545454545 25 LAS - 75 MES 27.5 2.75 47.3 2.82 4.545454545 25 LAS - 75 MES 27.6 2.76 47.4 2.844

67

4.4.5 Densidad

La densidad de las mezclas detergentes se muestra en la Tabla 45.

Tabla 45. Resultados Densidad mezclas

Concentraci ón de Surfactante (%) Mezcla (%) Densidad (g/ cm³) 0.731707317 75 LAS - 25 MES 1.0001 0.731707317 75 LAS - 25 MES 1.0004 0.731707317 50 LAS - 50 MES 0.999 0.731707317 50 LAS - 50 MES 1.0002 0.731707317 25 LAS - 75 MES 0.999 0.731707317 25 LAS - 75 MES 0.9992 2.432432432 75 LAS - 25 MES 1.0014 2.432432432 75 LAS - 25 MES 1.0012 2.432432432 50 LAS - 50 MES 1.0006 2.432432432 50 LAS - 50 MES 1.0008 2.432432432 25 LAS - 75 MES 1.0008 2.432432432 25 LAS - 75 MES 1.0007 4.545454545 75 LAS - 25 MES 1.0022 4.545454545 75 LAS - 25 MES 1.0025 4.545454545 50 LAS - 50 MES 1.0016 4.545454545 50 LAS - 50 MES 1.0019 4.545454545 25 LAS - 75 MES 1.0016 4.545454545 25 LAS - 75 MES 1.0015

4.4.6 pH La Tabla 46 refleja los resultados de pH obtenidos para las mezclas.

Tabla 46. Resultados pH mezcl as

Concentración de Surfactante (%) Mezcl a (%) pH 0.731707317 75 LAS - 25 MES 12.84 0.731707317 75 LAS - 25 MES 12.81 0.731707317 50 LAS - 50 MES 12.75 0.731707317 50 LAS - 50 MES 12.79 0.731707317 25 LAS - 75 MES 12.71 0.731707317 25 LAS - 75 MES 12.69 2.432432432 75 LAS - 25 MES 12.85 2.432432432 75 LAS - 25 MES 12.81 2.432432432 50 LAS - 50 MES 12.79 2.432432432 50 LAS - 50 MES 12.82 2.432432432 25 LAS - 75 MES 12.79 2.432432432 25 LAS - 75 MES 12.79 4.545454545 75 LAS - 25 MES 13.01 4.545454545 75 LAS - 25 MES 12.99 4.545454545 50 LAS - 50 MES 12.98 4.545454545 50 LAS - 50 MES 12.95 4.545454545 25 LAS - 75 MES 12.89 4.545454545 25 LAS - 75 MES 12.9

68

4.4.7 Conductividad

Los resultados de conductiv idad de las mezc las detergentes se presentan en la

Tabla 47.

Tabla 47. Resultados Conductividad mezcl as

Concentraci ón de Surfactante (%) Mezcl a (%) Conductividad (mS/cm) 0.731707317 75 LAS - 25 MES 5.19 0.731707317 75 LAS - 25 MES 5.12 0.731707317 50 LAS - 50 MES 5.02 0.731707317 50 LAS - 50 MES 4.96 0.731707317 25 LAS - 75 MES 4.88 0.731707317 25 LAS - 75 MES 4.85 2.432432432 75 LAS - 25 MES 7.22 2.432432432 75 LAS - 25 MES 7.16 2.432432432 50 LAS - 50 MES 7.03 2.432432432 50 LAS - 50 MES 7.06 2.432432432 25 LAS - 75 MES 6.82 2.432432432 25 LAS - 75 MES 6.75 4.545454545 75 LAS - 25 MES 9.06 4.545454545 75 LAS - 25 MES 9.02 4.545454545 50 LAS - 50 MES 8.84 4.545454545 50 LAS - 50 MES 8.89 4.545454545 25 LAS - 75 MES 8.79 4.545454545 25 LAS - 75 MES 8.75

69

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

5.1 Elaboración de los detergentes líquidos

Los detergentes líquidos se elaboraron satisfactoriamente de acuerdo con la

formulac ión y su respectivo procedimiento planteados. As í mismo, la cantidad

de tensoactivo en cada solución detergente y en las mezc las se estableció

dentro del rango de concentrac ión de estudio (0.73 a 4.54%). En el caso de los detergentes líquidos elaborados a partir del LAS se encontró una estabilidad en

la solución para todas las concentrac iones, sin ningún tipo de reacc ión

desfavorable del surfac tante con los exc ipientes. Sin embargo, para los

detergentes con el MES como princ ipio ac tivo, se observó una inestabilidad en

todas las concentraciones, formándose un prec ipitado lechoso. Dicha reacc ión

de prec ipitac ión era mayor a medida en que se aumentaba la concentrac ión de

surfactante en las soluc iones, ev idenc iada por la cantidad de prec ipitado

acumulada en el fondo de las botellas. Ahora bien, cabe mencionar que la

prec ipitación lechosa no se presentó de manera inmediata, sino después de un

tiempo aproximado de 24 horas de preparadas las soluciones detergentes.

Este tipo de prec ipitado que se forma en las soluciones se conoce como el

fenómeno de micelac ión, en donde las parte lipof ílica del surfactante interactua con el agua favoreciendo la asociación de moléculas . Para el caso particular

del MES, la interacción es lo suficientemente fuerte y por ende se presenta el

prec ipitado en la solución. Este hecho particular ocurre cuando la

concentración de surfactante en una solución se encuentra por enc ima de la

CMC, en donde se favorece la formac ión de micelas. No obstante, a pesar de

que en todos los surfactantes se presenta dicho fenómeno, las interacc iones y

las fuerzas de atracc ión micelar difieren (Salager 1993) . Por tal motivo, el tamaño de las micelas puede ser tan pequeño en algunos casos que la

soluc ión tensoactiva resulta vis iblemente estable como en el caso del LAS,

pero en otros el tamaño puede llegar a ser lo suficientemente grande como

70

para formar microcristales y causar una ines tabilidad evidente al ojo humano

como ocurre con el MES. Para el rango de concentración trabajado en las soluc iones detergentes, claramente se favoreció la micelac ión, debido a que se

superó la CMC de los surfactantes . En el caso del MES la CMC se alcanzó

más fácilmente que para el LAS, ya que es aproximadamente 10 veces menor

en orden de magnitud, 0.2 g/L para el MES y 2.6 g/L para el LAS (Salmiah &

Zahar iah 2000) .

Por otro lado, es prec iso tener en cuenta el papel que desempeña la temperatura en una solución tensoactiva, ya que un aumento de ésta genera

un crec imiento en la solubilidad del surfac tante. De es ta forma, a partir de una

cierta temperatura, conocida como temperatura de Krafft, la solubilidad del

surfactante aumenta de manera rápida hasta llegar inc luso a una misc ibilidad

en todo el rango de compos ic ión unos pocos grados después. Debido a esto, el

modo de solubilización del surfactante cambia a la temperatura de Krafft de una

solubilización monomolecular a una micelar, razón por la cual la temperatura de

Krafft corresponde al punto en donde la solubilidad del surfactante alcanza su

CMC. Por tal razón, un aumento en la temperatura produce una reducc ión de

hidratación del grupo hidrofílico, causando una desorganización (rompimiento)

de las moléculas asociadas en las micelas generando as í un aumento en la

solubilidad de la soluc ión (Salager 1993) . Este hecho importante explica

también la precipitación presentada en las soluc iones detergentes elaboradas con MES, debido a que su temperatura de Krafft es bastante alta (21°C) y por

tal motivo, al estar las soluciones expuestas a una temperatura menor

(ambiente) se favorec ió la micelac ión y de esa forma la inestabilidad de la

soluc ión. Por el contrario, para el caso del LAS, su temperatura de Krafft es de

8°C y por ende las soluciones siempre se encontraron por enc ima de dicha

temperatura, ocasionando el rompimiento de las moléculas asociadas en las

micelas generando la estabilidad total de la soluc ión (Rosen & Dahanayake 2000; Salager 1993).

71

Este hecho fundamental del comportamiento de los surfac tantes respecto a la

temperatura, resultó bastante favorable para evaluar las propiedades fís ico-químicas de las soluc iones detergentes elaboradas con el MES teniendo en

cuenta la prec ipitación presentada. De esta forma, antes de proceder con la

medic ión de alguna propiedad, se procedió primero a aumentar la temperatura

de la solución con ayuda de agua caliente. As í mismo, para acelerar el proceso

de solubilización, se utilizó el equipo de ultrasonido con el fin de generar

movimiento en las moléculas y facilitar el rompimiento de las micelas. Cabe

menc ionar que la medición de todas las propiedades fís ico-químicas, tanto para el caso de las soluciones detergentes elaboradas a partir del LAS como del

MES, se realizaron a la misma temperatura.

Ilustración 16. Soluci ón detergente precipitada (MES)

72

Ilustración 17. Soluci ón detergente en el ultrasonido

Ahora bien, teniendo en cuenta la prec ipitac ión presentada en los detergentes

líquidos con MES, se dec idió realizar otras soluc iones con una mezcla de

ambos tensoactivos en diferentes proporc iones. Para ello, se tomaron 3

concentraciones dentro del rango de estudio y se var ió la proporción de mezcla de surfactantes de la siguiente forma: 75% LAS – 25% MES, 50% LAS – 50%

MES y 25% LAS - 75% MES. Los resultados obtenidos en las mezc las

detergentes fueron bastante favorables, ya que en ningún caso se presentó el

prec ipitado lechoso caracter ístico de las soluc iones en presenc ia del MES. Este

hecho fundamental del comportamiento de ambos surfactantes mezclados en

una solución detergente, permite afirmar que con tan sólo una pequeña

cantidad de LAS se logra estabilizar una soluc ión precipitada de MES. Una

posible razón que explica que las soluciones no se hayan precipitado, se debe

a la interacción de ambos surfactantes en la soluc ión que modifican las

propiedades individuales de cada uno. De esta manera, al interactuar el LAS

con el MES, se evidencia que la temperatura de Krafft se modifica de tal forma

que se reduce la elevada temperatura de Krafft del MES y se eleva la baja del

LAS. Por tal razón, se desfavorece la formac ión del precipitado, ya que se adoptan nuevas caracter ísticas y propiedades en la solución.

73

5.2 Propiedades fí sico-química s para surfactantes

5.2.1 Concentración micelar crítica (CMC)

La CMC de los surfac tantes se determinó por medio de una curva de tens ión

superfic ial vs concentrac ión, en donde se evidencia la disminuc ión de la

primera con el aumento de la segunda. Las Gráficas 1 y 2 presentan las curvas

respectivas para la determinación de la CMC del LAS y el MES.

Tensión Superficial vs Concentración de Surfactante

60

80

100

120

140

160

0 1 2 3 4 5 6

Concentración de Surfactante (g/L)

Ten

sión

Sup

erfic

ial

(Dyn

/cm

) Ensayo 1

Ensayo 2Ensayo 3

Gráfica 1. Curva de CMC LAS


100

110

120

130

140

150

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Concentración de Surfa ctante (g/L)

Ten

sión

Sup

erfic

ial

(Dyn

/cm

) Ensayo 1Ensayo 2

Ensayo 3

Gráfica 2. Curva de CMC MES

Al observar las gráficas, se puede aprec iar que la CMC ocurre en el punto en

donde la tens ión superficial deja de disminuir y permanece constante con el

74

aumento de la concentración de surfactante. Para la Gráfica 1 correspondiente

al LAS, los valores de CMC en donde ocurre dicho cambio son 2.3104, 2.5992 y 2.5992 g/L para los 3 ensayos realizados, los cuales se presentaron en las

Tablas 6, 7 y 8 respectivamente. Por su parte, la Gráfica 2 muestra que los

valores que indican la CMC del MES para cada ensayo son 0.3, 0.2 y 0.1 g/L,

reportados previamente en las Tablas 9, 10 y 11. A l comparar dichos

resultados con los valores de CMC que repor ta la literatura para el LAS (2.6g/L)

y el MES (0.2g/L) se observa una semejanza, indicando una buena precis ión

en el método empleado para la determinac ión de la CMC.

Ahora bien, de manera general para ambos casos, en la zona en donde la

tensión superficial desciende las moléculas de surfactante se adsorben en la

superfic ie agua-aire y la concentración superficial aumenta rápidamente.

Momentos después, se observa que la disminución de la tens ión superficial

presenta un carácter lineal, ocas ionando que la concentrac ión superficial

permanezca constante. En esta zona, la superfic ie se satura y las moléculas de

surfactante que se añaden se solubilizan en la fase acuosa, has ta llegar a una

cierta concentración en que dicha fase también se satura y la tens ión

superfic ial permanece constante. A par tir de ese instante, se or igina la CMC del

surfactante y comienza a ocurr ir la formac ión de micelas (Salager 1993).

5.2.2 Temperatura de Krafft Como ya se discutió previamente, la temperatura de Krafft es el punto en

donde la solubilidad del surfactante alcanza su CMC, pasando de un estado de

solubilización monomolecular a uno micelar , evidenciado óptimamente por el

cambio de color de la soluc ión tensoactiva de blancuzco a claro en un

calentamiento lento partiendo desde 1°C.

Ahora bien, al analizar los resultados obtenidos en la Tabla 12 para la

temperatura de Krafft de ambos tensoactivos, se afirma que resultaron bastante

cercanos a los encontrados en la literatura. Para el caso de LAS, los valores

75

obtenidos fueron 8, 9 y 8°C y para el MES 21, 22 y 20°C en cada ensayo

realizado respectivamente, corroborando la afirmac ión anter ior ya que el valor teórico del LAS es 8°C y el del MES 21°C.


La prueba de poder espumante determinó que el LAS tiene una mayor

capac idad de formar espuma en solución frente al MES, tal como se puede

aprec iar en la Gráfica 3, la cual corresponde al promedio de los ensayos realizados para cada surfactante. Este hecho se evidenc ia por la altura que

alcanza el volumen de espuma al inicio y al final de la prueba, en donde el LAS

llegó a los 450ml y terminó en 350ml, mientras que el MES tan sólo a los 410ml

y finalizó en 270ml. Así mismo, además de tener el LAS un poder espumante

mayor que el del MES, presenta una mejor estabilidad en cuanto al nivel que

desc iende la espuma en cada intervalo de tiempo.

Poder Espumante vs Tiempo

200

250

300

350

400

450

500

0 10 20 30

Tiempo (min)

Pode

r Esp

uman

te (m

l)

LASMES

Gráfica 3. Curva de Pode espumante LAS y MES

5.3 Propiedades fí sico-química s para detergentes 5.3.1 Tensi ón superficial

76


70

75

80

85

90

95

100

0 1 2 3 4 5

Concentración de Surfactante (%)

Tens

ión

Supe

rfici

al

(Dyn

/cm

)

LASMES

Gráfica 4. Curva de Tensi ón super ficial LAS y MES

Al observar la Gráfica 4, se puede observar que las soluciones detergentes elaboradas utilizando el LAS como principio activo presentan una tens ión

superfic ial mayor que las del MES. Este hecho se debe pr incipalmente a que la

Ecuación 1 del método del ascenso capilar, tiene en su numerador a la altura

que asciende el líquido en el capilar para el cálculo de la tensión superficial, la

cual es una propiedad de mayor valor para el caso del LAS. Así mismo, a pesar

de que la densidad también se encuentra como numerador en la misma

ecuac ión, y que ésta resulta superior en las soluc iones tensoactivas más

concentradas para ambos surfactantes, pesa más el factor de la altura para el

cálculo final de la tensión superfic ial. En el caso del LAS, la altura ascendida

por el líquido en el capilar se encontró en un rango de 1.58 a 1.76cm para las

concentraciones de estudio, mientras que para el MES de 1.37 a 1.56cm; no

obstante, se puede apreciar que esta simple diferenc ia de pocos milímetros

altera significativamente el cálculo de la tensión superficial en la Ecuación 1.

Ahora bien, se puede analizar cómo la tens ión superficial de los detergentes

disminuye a medida en que aumenta la concentración de surfactante, tanto

para el LAS como para el MES. Esto ocurre, debido al carácter ambif ílico que

poseen las moléculas de los surfactantes , el cual le da la capac idad de

modificar las propiedades interfaciales de los líquidos, actuando en la interfase

separando las fases inmisc ibles y disminuyendo as í la tens ión interfacial

77

(Rosen & Dahanayake 2000). Igualmente, se puede observar que los valores

de tens ión superficial obtenidos en las soluciones detergentes con ambos tensoactivos son mucho menores que el valor exper imental del agua empleada

para su elaboración (146.61 Dyn/cm), casi en una proporción de ½ .

5.3.1.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)

Gráfica 5. Tensi ón superfici al vs Concentr aci ón de LAS

Tabla 48. Análi sis de vari anza para la Tensi ón super ficial LAS

Source Sum of Squar es DF Mean Square F Value Prob > F Model 122.1078415 4 30.52696039 31.7325051 < 0. 0001 A-Concent ración 122.1078415 4 30.52696039 31.7325051 < 0. 0001 Pure Error 9.620091541 10 0.962009154 Cor Total 131.7279331 14

78

Gráfica 6. Resultados análisi s de varianza Tensi ón superfi cial LAS

Gráfica 7. Tensi ón superfici al vs Concentr aci ón de MES

Tabla 49. Análi sis de vari anza Tensi ón super ficial MES

Source Sum of Squar es DF Mean Square F Value Prob > F Model 156.9510947 4 39.23777367 52.0767564 < 0. 0001 A-Concent ración 156.9510947 4 39.23777367 52.0767564 < 0. 0001 Pure Error 7.53460399 10 0.753460399 Cor Total 164.4856987 14

79

Gráfica 8. Resultados análisi s de varianza Tensi ón superfi cial MES

Las gráficas que resumen los resultados obtenidos del anális is de varianza

tanto para el LAS como para el MES presentan la probabilidad normal de los

residuales, los residuales vs valores ajustados y los residuales vs número de

corrida. De acuerdo con el análisis de var ianza, se encontró en ambos casos

que valores de “Prob > F" menores que 0.0500 indican que el factor A del

modelo evaluado es significante con respecto a la variable de respuesta

(tensión superficial), en este caso s iendo A la concentración del surfactante.

80


Dureza del Agua vs Concentración de Surfactante

0

5

10

15

20

0 1 2 3 4 5


Dure

za d

el A

gua

(ppm

)LASMES

Gráfica 9. Curva par a la Dureza del agua LAS y MES

En la Gráfica 9, se ev idencia que la dureza de los detergentes líquidos

aumenta conforme se incrementa la concentración de surfac tante. Igualmente,

se puede aprec iar que la dureza de las soluciones detergentes elaboradas a

partir del LAS es superior a la del MES para todo el rango de concentraciones

evaluadas. Este hecho implica que la concentración de sales de calcio y

magnesio es infer ior en las soluc iones tensoactivas que contienen el MES

como princ ipio activo, debido a la disminución de la concentrac ión de ác ido

carbónico causando que dureza decrezca (Lago et al. 2004) . Así mismo, de

acuerdo a la Tabla 4 de clas ificación de las aguas, las soluciones elaboradas

con LAS se encuentran en el rango de aguas ligeramente duras, a diferencia

de las del MES que están en aguas blandas.

Por otro lado, al observar los valores de dureza para el caso del LAS a la

concentración de 0.73%, se ev idencia que son s imilares a los del agua con la

cual se prepararon los detergentes (13, 14 y 15 ppm), mientras que en las

demás concentrac iones los valores resultaron superiores (16-20 ppm). Para las

soluc iones elaboradas a par tir del MES, los valores de dureza fueron s imilares

a los del agua en las concentraciones de 3.43 y 4.54% e inferiores en las

demás concentrac iones (9-12 ppm).

81


Gráfica 10. Dur eza del agua vs Concentr aci ón de LAS

Tabla 50. Análisis de vari anza Dureza del agua LAS

Source Sum of Squar es DF Mean Square F Value Prob > F Model 56,66666667 4 14,16666667 53,125 < 0. 0001 A-Concentración 56,66666667 4 14,16666667 53,125 < 0. 0001 Pure Error 2,666666667 10 0,266666667 Cor Total 59,33333333 14

82

Gráfica 11. Resultados análisis de varianza Dureza del agua LAS

Gráfica 12. Dur eza del aagua vs Concentraci ón de MES

Tabla 51. Análisis de vari anza Dureza del agua MES

Source Sum of Squar es DF Mean Square F Value Prob > F Model 41,6 4 10,4 31,2 < 0. 0001 A-Concentración 41,6 4 10,4 31,2 < 0. 0001 Pure Error 3,333333333 10 0,333333333 Cor Total 44,93333333 14

83

Gráfica 13. Resultados análisis de varianza Dureza del agua MES







(dureza del agua), en este caso siendo A la concentración del surfactante.

5.3.3 Detergencia Las Gráficas 14 y 15 presentan la detergenc ia de las soluciones tensoactivas

para el LAS y el MES, las cuales se evaluaron a 2 diferentes temperaturas (30

y 20°C) y a 2 durezas de agua distintas (14 y 0 ppm).

84

Detergencia vs Concentración de Surfactante

60

65

70

75

80

85

90

0 1 2 3 4 5


Dete

rgen

cia

(%)

Temperatura 30°C yDureza agua 14 ppmTemperatura 30°C yDureza agua 0 ppmTemperatura 20°C yDureza agua 14 ppmTemperatura 20°C yDureza agua 0 ppm

Gráfica 14. Cur va de Detergenci a LAS


70

75

80

85

90

95

0 1 2 3 4 5


Dete

rgen

cia

(%)

Temperatura 30°C yDureza agua 14 ppmTemperatura 30°C yDureza agua 0 ppmTemperatura 20°C yDureza agua 14 ppmTemperatura 20°C yDureza agua 0 ppm

Gráfica 15. Cur va de Detergenci a MES

De acuerdo con las gráficas anteriores, se observa que la detergencia del MES

es super ior a la del LAS para todo el rango de concentrac ión trabajado, tanto

para las temperaturas como durezas de agua evaluadas. As í mismo, se

observa que la mayor detergenc ia alcanzada en ambos surfactantes se

presentó a la mayor concentrac ión, a 30°C de temperatura y a 0 ppm de dureza

de agua. De manera adversa, la menor detergencia se obtuvo a la menor

concentración de surfac tante, a 20°C de temperatura y 14 ppm de dureza de

agua. El valor máx imo de detergencia para el LAS fue de 84.73% y el menor

63.28%, mientras que para el MES 93.09% y 72.89% respectivamente.

85

Por otra parte, se evidenc ia que la detergenc ia del LAS var ía significativamente

con el cambio de la dureza del agua, a diferencia del MES en donde dicho cambio no es tan representativo. Este hecho se debe a que el MES presenta

una menor sens ibilidad en aguas duras en comparac ión con el LAS, generando

que su acc ión detergente permanezca casi estable. Evidentemente, debido a

que LAS pierde notoriamente su acc ión detergente con el aumento de la

dureza del agua, se afirma que el MES resultar ía ser un surfac tante de mejor

desempeño en cuanto a la detergenc ia. En cuanto a la variac ión de la

detergencia con la temperatura, en ambos surfactantes se presentó un crecimiento notor io en dicha propiedad al aumentar la temperatura.


Gráfica 16. Detergencia vs Concentraci ón de LAS y Dureza del agua

86

Gráfica 17. Detergencia vs Concentraci ón de LAS y Temperatura

Tabla 52. Análi sis de vari anza Detergnci a LAS

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 2388. 87825 6 398.146376 562.323729 < 0. 0001 A-Concent ración 395.573516 1 395.573516 558.689939 < 0. 0001 B-Dureza del agua 81.1600793 1 81.1600793 114.626784 < 0. 0001 C-Temperatura 1815. 7056 1 1815. 7056 2564.41953 < 0. 0001 AB 1.0972197 1 1.0972197 1.54966291 0.2187 AC 43.2387862 1 43.2387862 61.0684838 < 0. 0001 BC 0.49952484 1 0.49952484 0.70550604 0.4047 Residual 37.5259958 53 0.70803766 Lack of Fit 35.6649262 13 2.74345586 58.9651401 < 0. 0001 Pure Error 1.86106968 40 0.04652674 Cor Total 2426. 40425 59

87

Gráfica 18. Resultados análisis de varianza Detergenci a LAS

Gráfica 19. Detergencia vs Concentraci ón de MES y Dur eza del agua

88

Gráfica 20. Detergencia vs Concentraci ón de MES y Temperatura

Tabla 53. Análi sis de vari anza Detergencia MES

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 1649. 45935 6 274.909891 33.0193255 < 0. 0001 A-Concent ración 144.125906 1 144.125906 17.3109094 0.0001 B-Dureza del agua 22.97658 1 22.97658 2.75970853 0.1026 C-Temperatura 1341. 08353 1 1341. 08353 161.077048 < 0. 0001 AB 0.28711531 1 0.28711531 0.03448531 0.8534 AC 1.58851759 1 1.58851759 0.19079626 0.6640 BC 3.4087213 1 3.4087213 0.40942026 0.5250 Residual 441.263533 53 8.32572704 Lack of Fit 439.534245 13 33.8103265 782.063337 < 0. 0001 Pure Error 1.72928841 40 0.04323221 Cor Total 2090. 72288 59

89

Gráfica 21. Resultados análisis de varianza Detergenci a MES



residuales, los res iduales vs valores ajustados, los residuales vs número de

corrida y la interacción de los factores. De acuerdo con el análisis de varianza,

se encontró en ambos casos que valores de “Prob > F" menores que 0.0500

indican que los factores A, B, C y AC del modelo evaluado son s ignificantes

con respecto a la variable de respuesta (detergenc ia) para el LAS y sólo A y C

para el MES, en este caso s iendo A la concentración del surfactante, B la

dureza del agua y C la temperatura.

90


Para el caso de impacto ambiental, la evaluación de la DQO y DBO se realizó

únicamente para las soluciones detergentes de mayor concentración (4.54%)

tanto para el caso del LAS como para el MES. De acuerdo con los resultados

de las Tablas 27 y 29, se encontró que la soluc ión tensoactiva elaborada con

LAS como principio activo presentó una mayor DQO y DBO que la del MES.

Para el caso del LAS su DQO fue de aproximadamente 59500 mg/L y su DBO

31900 mg/L, mientras que para el MES su DQO resultó de 41500 mg/L y su DBO 22500 mg/L.

Tanto la DQO como la DBO son parámetros que se encargan de medir el grado

de contaminac ión de una muestra líquida, razón por la cual determinan su

impacto en el medio ambiente. La DQO se encarga de medir la cantidad de

materia orgánica que puede ser oxidada por acción de los medios químicos

presentes, mientras que la DBO mide la cantidad de materia que puede llegar a

ser consumida u ox idada por medios biológicos (Delgado & Gómez 2007).

Teniendo en cuenta lo anter ior, se afirma que la solución detergente elaborada

con LAS como princ ipio activo es mucho más contaminante para el medio

ambiente que la del MES.

5.3.5 Vi scosidad

Viscosidad vs Concentración de Surfactante

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

0 1 2 3 4 5


Visc

osid

ad (c

P)

LAS (30 RPM)MES (30 RPM)LAS (50 RPM)MES (50 RPM)

Gráfica 22. Curva de Vi scosidad LAS y MES a 30 y 50 RPM

91


2.62.652.7

2.752.8

2.852.9

2.953

0 1 2 3 4 5


Visc

osid

ad (c

P)

LAS (60 RPM)MES (60 RPM)LAS (100 RPM)MES (100 RPM)

Gráfica 23. Curva de Viscosidad LAS y MES a 60 y 100 RPM

Al observar las Gráficas 16 y 17, se puede ver c laramente como la viscosidad

aumenta a medida en que también lo hace la concentración del surfac tante. As í

mismo, se evidenc ia que las soluciones detergentes elaboradas a partir del

MES presentan una mayor v iscosidad que las del LAS en todas las veloc idades evaluadas (30, 50, 60 y 100 RPM).

Viscosidad vs Velocidad (LAS)

2.52.552.6

2.652.7

2.752.8

2.852.9

2.95

0 20 40 60 80 100 120

Velocidad (RPM)

Visc

osid

ad (c

P) 0.73%1.54%2.43%3.43%4.54%

Gráfica 24. Curva de Viscosidad LAS

92

Viscosidad vs Velocidad (MES)

2.62.652.7

2.752.8

2.852.9

2.953

3.05

0 20 40 60 80 100 120

Velocidad (RPM)

Visc

osid

ad (c

P) 0.73%1.54%2.43%3.43%4.54%

Gráfica 25. Curva de Viscosidad MES

Ahora bien, al analizar las Gráficas 18 y 19 se establece que la viscos idad no

aumenta progresivamente con la velocidad, ya que hay una tendencia general

a aumentar desde los 30 a los 50 RPM y después decrecer a los 60 y 100

RPM. Para el caso del LAS, la viscosidad más elevada se obtuvo a 50 RPM

(2.95cP) y la más baja a 30 RPM (2.54cP), s imilar que para el MES en donde

también la v iscos idad super ior e infer ior se dieron a las mismas velocidades,

2.62 y 3.1cP respectivamente.


Gráfica 26. Viscosidad vs Concentración de LAS y Velocidad

93

Tabla 54. Análi sis de vari anza Viscosidad LAS

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 0,3121364 3 0,104045467 28,362051 < 0. 0001 A-Concent ración 0,238518378 1 0,238518378 65,018406 < 0. 0001 B-Velocidad 0,055021964 1 0,055021964 14,9985945 0.0003 AB 0,001171905 1 0,001171905 0,31945301 0.5742 Residual 0,205434583 56 0,003668475 Lack of Fit 0,19236525 16 0,012022828 36,7970663 < 0. 0001 Pure Error 0,013069333 40 0,000326733 Cor Total 0,517570983 59

Gráfica 27. Resultados análisis de varianza Viscosidad LAS

94

Gráfica 28. Viscosidad vs Concentraci ón de MES y Velocidad

Tabla 55. Análi sis de vari anza Viscosidad MES

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 0,476188786 3 0,158729595 42,6553604 < 0. 0001 A-Concent ración 0,426647492 1 0,426647492 114,652863 < 0. 0001 B-Velocidad 0,041577454 1 0,041577454 11,1730976 0.0015 AB 0,001145974 1 0,001145974 0,30795723 0.5811 Residual 0,208387814 56 0,003721211 Lack of Fit 0,186617814 16 0,011663613 21,4306172 < 0. 0001 Pure Error 0,02177 40 0,00054425 Cor Total 0,6845766 59

95

Gráfica 29. Resultados análisis de varianza Viscosidad MES





se encontró en ambos casos que valores de “Prob > F" menores que 0.0500

indican que los factores A y B del modelo evaluado son significantes con

respecto a la var iable de respuesta (viscos idad), en este caso s iendo A la

concentración del surfactante y B la veloc idad.

5.3.6 Densidad

Densidad vs Concentración de Surfactante

0.9980.999

11.001

1.002

1.0031.004

0 1 2 3 4 5


Dens

idad

(g/c

m3)

LASMES

Gráfica 30. Cur va de Densidad LAS y MES

En la Gráfica 24, se puede aprec iar que las dens idades de los detergentes

líquidos elaborados con LAS como princ ipio ac tivo son superiores a las del

96

MES para todo el rango de concentrac ión de surfactante evaluado. Así mismo,

la densidad de las soluciones crece a medida en que aumenta la concentrac ión de surfac tante.

Por otro lado, el rango de densidades para el caso del LAS osciló en un rango

de 0.999 a 1.0036 g/cm3 y para el MES de 0.999 a 1.0018 g/cm3, indicando

valores bastante cercanos entre s í. En general, todas es tas dens idades son

muy similares a la del agua con la cual se elaboraron los detergentes líquidos

(0,989 g/cm3) , debido a que es el componente de mayor presencia en la formulac ión.


Gráfica 31. Densidad vs Concentraci ón de LAS

Tabla 56. Análisis de vari anza Densidad LAS

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 2,05707E-05 4 5,14267E-06 66,5 < 0. 0001 A-Concent ración 2,05707E-05 4 5,14267E-06 66,5 < 0. 0001 Pure Error 7,73333E-07 10 7,73333E-08 Cor Total 0,000021344 14

97

Gráfica 32. Resultados análisis de varianza Densidad LAS

Gráfica 33. Densidad vs Concentraci ón de MES

Tabla 57. Análi sis de vari anza Densidad MES

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 1,61333E-05 4 4,03333E-06 72,02380952 < 0. 0001 A-Concent ración 1,61333E-05 4 4,03333E-06 72,02380952 < 0. 0001 Pure Error 5,6E-07 10 5,6E-08 Cor Total 1,66933E-05 14

98

Gráfica 34. Resultados análisis de varianza Densidad MES







(dens idad), en este caso siendo A la concentrac ión del surfactante.

99

5.3.7 pH

pH vs Concentración de Surfactante

12.312.412.512.612.712.812.9

1313.113.2

0 1 2 3 4 5


pHLASMES

Gráfica 35. Cur va de pH LAS y MES

Al observar la Gráfica 29, se aprecia que el pH de los detergentes líquidos

aumenta progres ivamente con la concentración de surfactante. Los valores

para las soluciones tensoactivas elaboradas con MES son infer iores a los del

LAS, indicando una mayor bas icidad. Sin embargo, es preciso menc ionar que

todos los pHs son muy bás icos, ya que osc ilan en un rango de 12.84 a 13.08

para el LAS y 12.39 a 12.65 para el MES. La razón pr inc ipal que explica este

hecho es la presencia del NaOH en la formulación de los detergentes,

aumentando s ignificativamente el valor del pH.


Gráfica 36. pH vs Concentraci ón de LAS

100

Tabla 58. Análi sis de vari anza pH LAS

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 0,109826667 4 0,027456667 257,40625 < 0. 0001 A-Concent ración 0,109826667 4 0,027456667 257,40625 < 0. 0001 Pure Error 0,001066667 10 0,000106667 Cor Total 0,110893333 14

Gráfica 37. Resultados análisis de varianza pH LAS

Gráfica 38. pH vs Concentraci ón de MES

101

Tabla 59. Análi sis de vari anza pH MES

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 0,128573333 4 0,032143333 229,595238 < 0. 0001 A-Concent ración 0,128573333 4 0,032143333 229,595238 < 0. 0001 Pure Error 0,0014 10 0,00014 Cor Total 0,129973333 14

Gráfica 39. Resultados análisis de varianza pH MES






modelo evaluado es s ignificante con respecto a la var iable de respuesta (pH),

en es te caso s iendo A la concentración del surfactante.

102

5.3.8 Conductividad

Conductividad vs Concentración de Surfactante

02468

1012

0 1 2 3 4 5


Cond

uctiv

idad

(mS/

cm)

LASMES

Gráfica 40. Cur va de Conductividad LAS y MES

En la Gráfica 34, se puede evidenciar que la conductividad de las soluciones

detergentes se va incrementando a medida en que aumenta la concentrac ión

del tensoactivo. Para el caso de las soluciones elaboradas a par tir de LAS, la

conductividad resultó superior que en las del MES para todas las

concentraciones de estudio.

La conductividad en los detergentes líquidos con el LAS se encontró entre 5.08

y 9.57mS/cm, mientras que 4.68 y 8.39mS/cm para los del MES.


Gráfica 41. Conducti vidad vs Concentración de LAS

103

Tabla 60. Análi sis de varianza Conductividad L AS

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 36,16816 4 9,04204 4725, 80488 < 0. 0001 A-Concent ración 36,16816 4 9,04204 4725, 80488 < 0. 0001 Pure Error 0,019133333 10 0,001913333 Cor Total 36,18729333 14

Gráfica 42. Resultados análisis de varianza Conductividad LAS

Gráfica 43. Conducti vidad vs Concentración de MES

104

Tabla 61. Análi sis de varianza Conductividad MES

Source Sum of Squares DF Mean Square F Value Prob > F Model 27,40190667 4 6,850476667 1271, 74691 < 0. 0001 A-Concent ración 27,40190667 4 6,850476667 1271, 74691 < 0. 0001 Pure Error 0,053866667 10 0,005386667 Cor Total 27,45577333 14

Gráfica 44. Resultados análisis de varianza Conductividad MES







(conductividad) , en es te caso siendo A la concentración del surfac tante.

105

5.4 Propiedades fí sico-química s para mezclas


Tensión Superficial vs Concentración

84

86

88

90

92

94

96

0 1 2 3 4 5


Tens

ión

supe

rfici

al (D

yn/c

m)

75 LAS - 25 ME S50 LAS - 50 ME S25 LAS - 75 ME S

Gráfica 45. Cur va de Tensi ón superfi cial mezcl as

Al observar la Gráfica 39, se ev idencia que la tens ión superficial disminuye a

medida en que aumenta la mezcla de surfactantes, mostrando as í el

comportamiento esperado. Así mismo, se analiza que los valores de tens ión

superfic ial menores se obtuvieron para la proporción de mezc la de 25% LAS –

75% MES, corroborando los resultados previamente obtenidos en las

soluc iones detergentes sin mezcla de tensoactivos , en donde la tens ión

superfic ial de las soluc iones con MES resultó menor que las del LAS. De

manera adversa, los valores más elevados de tensión superficial se obtuvieron

para el caso en donde el LAS es taba en mayor proporc ión en la mezcla.

106


Gráfica 46. Tensi ón superficial vs Concentraci ón de Surfactante y Proporción de mezcla

Tabla 62. Análisis de vari anza Tensi ón superficial mezclas

Source Sum of Squar es DF Mean Square F Value Prob > F Model 182.9208149 5 36.58416298 266.504628 < 0. 0001 A-Concent ración 165.3518511 1 165.3518511 1204.53852 < 0. 0001 B-Proporciòn de mezcla 17.3782975 2 8.68914875 63.2978361 < 0. 0001 AB 0.190666307 2 0.095333153 0.69447336 0.5183 Residual 1.647288303 12 0.137274025 Lack of Fit 0.218178988 3 0.072726329 0.45800343 0.7183 Pure Error 1.429109315 9 0.158789924 Cor Total 184.5681032 17

107

Gráfica 47. Resultados análisis de varianza Tensi ón superfici al mezcl as


para las mezc las de LAS y MES presentan la probabilidad normal de los



se encontró que valores de “Prob > F" menores que 0.0500 indican que los

factores A y B del modelo evaluado son significantes con respecto a la var iable

de respuesta (tens ión superficial), en este caso siendo A la concentración del surfactante y B la proporción de mezcla.


Dureza del Agua vs Concentración de Surfactante

579

111315171921

0 1 2 3 4 5


Dure

za d

el A

gua

(ppm

)

75 LAS - 25 MES50 LAS - 50 MES25 LAS - 75 MES

Gráfica 48. Cur va de Dureza del agua mezclas

108

En la Gráfica 42, se puede aprec iar que la dureza de las soluciones

detergentes aumenta a medida en que lo hace la concentración de la mezcla de surfactantes. Igualmente, para la proporc ión de mezcla de 25% LAS – 75%

MES se obtuvo los valores de menos dureza, asemejándose al comportamiento

encontrado en las soluciones sin mezc la de surfactantes. As í mismo, los

valores de más dureza se obtuvieron para la proporc ión de mezcla de mayor

cantidad de LAS.


Gráfica 49. Dur eza del agua vs Concentr ación de Sur factante y Proporci ón de mezcl a

Tabla 63. Análi sis de vari anza Dur eza del agua mezcl as

Source Sum of Squar es DF Mean Square F Value Prob > F Model 133,1927014 5 26,63854028 55,5766279 < 0. 0001 A-Concent ración 95,15467905 1 95,15467905 198,523498 < 0. 0001 B-Proporción de Mezcla 36,77777778 2 18,38888889 38,3651816 < 0. 0001 AB 1,260244566 2 0,630122283 1,31463929 0.3046 Residual 5,751743053 12 0,479311921 Lack of Fit 2,251743053 3 0,750581018 1,93006547 0.1953 Pure Error 3,5 9 0,388888889 Cor Total 138,9444444 17

109

Gráfica 50. Resultados análisis de varianza Dureza del agua mezclas







de respuesta (dureza del agua), en este caso siendo A la concentrac ión del

surfactante y B la proporción de mezcla.

110

5.4.3 Detergencia


84

86

88

90

92

94

0 1 2 3 4 5


Dete

rgen

cia

(%)


Gráfica 51. Cur va d e Detergenci a mez clas (Temp eratura 30°C y Dureza agu a 14 pp m)


84

86

8890

92

94

9698

0 1 2 3 4 5


Dete

rgen

cia

(%)


Gráfica 52. Cur va de Detergenci a mez clas (Temp eratura 30°C y Dureza agu a 0 ppm)

111


76

78

8082

84

86

8890

0 1 2 3 4 5


Dete

rgen

cia

(%)


Gráfica 53. Cur va d e Detergenci a mez clas (Temp eratura 20°C y Dureza agu a 14 pp m)


78

80

8284

86

88

9092

0 1 2 3 4 5


Dete

rgen

cia

(%)


Gráfica 54. Cur va de Detergenci a mez clas (Temp eratura 20°C y Dureza agu a 0 ppm)

En cuanto a la detergencia de las soluciones detergentes elaboradas con

mezclas de surfactantes (Gráficas 45, 46, 47 y 48) , se puede ev idenciar que el

comportamiento es s imilar al de las soluc iones con surfactantes indiv iduales.

Lo anter ior se afirma, ya que la mayor detergencia se obtiene para la

proporción de mezc la en donde existe mayor presencia de MES, a la

temperatura de 30°C y a la dureza de agua de 0 ppm, y la menor detergencia a

20°C y 14 ppm con más presenc ia de LAS en la mezc la. Sin embargo, lo

particular que se encontró en la detergencia de las mezclas detergentes, es

que se alcanzó un porcentaje de remoc ión mayor (mejor detergencia) que para

los casos sin mezclas. Es te hecho indica que la interacción de ambos

112

tensoactivos en la solución detergente, logra superar la alta detergencia de las

soluc iones que contienen únicamente al MES como pr inc ipio activo, logrando as í una mejor remoción de suciedad. De acuerdo con esto, ser ía correcto

afirmar que convendr ía más una soluc ión detergente elaborada a partir de la

mezcla de surfactantes que una individual, si lo que se desea como propósito

final es obtener un mejor porcentaje de detergenc ia.


Gráfica 55. D etergen cia vs Concentraci ón de Surfactan te y Dureza del agu a

113

Gráfica 56. D etergen cia vs Con centraci ón de Surfactante y Temperatura

Gráfica 57. D etergen cia vs Con centraci ón de Surfactan te y Propor ción de mez cla

114

Tabla 64. Análisis de vari anza D etergen cia mez clas

Source Su m of Sq uar es DF Mean Squ are F Value Prob > F Model 1505. 76216 14 107.55444 78.6809374 < 0. 0001 A-Concentración 639.019044 1 639.019044 467.471334 < 0. 0001 B-Dureza del agua 109.632267 1 109.632267 80.2009624 < 0. 0001 C-Temperatura 646.509507 1 646.509507 472.950946 < 0. 0001 D-Proporciòn de mezcla 61.8526663 2 30.9263331 22.6240115 < 0. 0001 AB 0.54417867 1 0.54417867 0.39809131 0.5306 AC 6.44734212 1 6.44734212 4.71652238 0.0340 AD 7.34446752 2 3.67223376 2.68640509 0.0767 BC 6.93113435 1 6.93113435 5.07043828 0.0282 BD 0.80128799 2 0.40064399 0.2930892 0.7471 CD 26.6802604 2 13.3401302 9.75890862 0.0002 Residual 77.9172601 57 1.36696948 Lack of Fit 76.7011215 21 3.65243436 108.118958 < 0. 0001 Pure Error 1.21613859 36 0.03378163 Cor Total 1583. 67942 71

115

Gráfica 58. R esultados análisis de varianz a Deterg enci a mezcl as




corrida y la interacción de los factores. De acuerdo con el análisis de varianza, se encontró que valores de “Prob > F" menores que 0.0500 indican que los

factores A, B, C, D, AC, BC y CD del modelo evaluado son significantes con

respecto a la var iable de respuesta (detergenc ia) , en este caso siendo A la

concentración del surfac tante, B la dureza del agua, C la temperatura y D la

proporción de mezcla.

5.4.4 Vi scosidad


2.55

2. 6

2.65

2. 7

2.75

2. 8

2.85

2. 9

0 1 2 3 4 5

Concentración de Surfa ctante (%)

Vis

cosi

dad

(cP

)


Gráfica 59. Cur va d e Vi scosidad mezclas (30 R PM)

116


2.55

2.6

2.65

2.7

2.75

2.8

2.85

0 1 2 3 4 5


Vis

cosi

dad

(cP

)

75 LAS - 25 MES

50 LAS - 50 MES

25 LAS - 75 MES



2.55

2. 6

2.65

2. 7

2.75

2. 8

0 1 2 3 4 5

Conce ntración de Surfacta nte (%)

Vis

cosi

dad

(cP

)

75 LAS - 25 MES

50 LAS - 50 MES

25 LAS - 75 MES



2.55

2. 6

2.65

2. 7

2.75

2. 8

2.85

2. 9

0 1 2 3 4 5

Conce ntración de Surfacta nte (%)

Vis

cosi

dad

(cP

)

75 LAS - 25 MES

50 LAS - 50 MES

25 LAS - 75 MES

Gráfica 62. Curva de Vi scosidad mezclas (100 RPM)

117

En las Gráficas 49, 50, 51 y 52 se presentan las viscosidades de las mezc las

detergentes a 30, 50, 60 y 100 RPM de veloc idad, en donde a medida en que se aumenta la concentrac ión de surfactante crece la v iscos idad en la soluc ión.

De manera similar que en el caso de las soluciones elaboradas con un solo

surfactante, los valores de viscosidad más grandes se obtuvieron en la

proporción de mezcla en donde el MES se encontraba en mayor cantidad.

Igualmente, los valores menores se obtuvieron en la mezc la en donde el LAS

se encontraba en mayor proporc ión. Por otro lado, la presencia de ambos

surfactantes en la soluc ión detergente no aumenta ni disminuye significativamente la v iscosidad.


Gráfica 63. Viscosidad vs Concentr ación de Sur factante y Velocidad

118

Gráfica 64. Viscosid ad vs Concentr aci ón d e Surfactante y Pro porción de mezcl a

Tabla 65. Análi sis de varianza Viscosid ad mez clas

Source Su m of Sq uar es DF Mean Square F Valu e Prob > F Model 0,480067598 9 0,053340844 52,0546726 < 0. 0001 A-Concent ración 0,444899924 1 0,444899924 434,172353 < 0. 0001 B-Proporción de Mezcla 0,026227 2 0,0131135 12,7973031 < 0. 0001 C-Velocidad 0,003975419 1 0,003975419 3,87956222 0.0533 AB 0,000244957 2 0,000122478 0,11952525 0.8875 AC 0,004494179 1 0,004494179 4,38581406 0.0403 BC 0,00022612 2 0,00011306 0,11033369 0.8957 Residual 0,063531902 62 0,001024708 Lack of Fit 0,053181902 26 0,002045458 7,11463568 < 0. 0001 Pure Error 0,01035 36 0,0002875 Cor Total 0,5435995 71

119

Gráfica 65. Resultados an álisis de varianz a Visco sidad mezclas

Las gráficas que resumen los resultados obtenidos del anális is de varianza para las mezc las de LAS y MES presentan la probabilidad normal de los




factores A, B y AC del modelo evaluado son s ignificantes con respecto a la

variable de respuesta (v iscosidad) , en este caso siendo A la concentrac ión del

surfactante, B la proporción de mezcla y C la velocidad.

120

5.4.5 Densidad

Densidad vs Concentración de Surfactante

0.99850.999

0.99951

1.00051.001

1.00151.002

1.00251.003

0 1 2 3 4 5


Dens

idad

(g/c

m3)

75 LAS - 25 MES50 LAS - 50 MES

25 LAS - 75 MES

Gráfica 66. Cur va d e Den sidad mezcl as

El comportamiento de la densidad en las mezc las detergentes que muestra la

Gráfica 56, no presenta diferenc ia alguna con los resultados previos de

dens idad para las soluciones con un solo tensoactivo. De forma similar , la

dens idad resultó mayor en la proporción de mezc la en donde hay más LAS y la

menor en el caso contrario. Igualmente, el comportamiento de la densidad en

las mezclas es el esperado, aumentando ésta a medida en que crece la

concentración de surfactante.


Gráfica 67. D ensid ad vs Concentraci ón de Surfactante y Proporci ón d e mez cla

121

Tabla 66. Análi sis de varianza D ensidad mezclas

Source Su m of Sq uar es DF Mean Square F Valu e Prob > F Model 1,70649E-05 5 3,41299E-06 29,6768827 < 0. 0001 A-Concent ración 1,47625E-05 1 1,47625E-05 128,364022 < 0. 0001 B-Proporción de Mezcla 2,24333E-06 2 1,12167E-06 9,75320415 0.0031 AB 5,91106E-08 2 2,95553E-08 0,25699137 0.7775 Residual 1,38006E-06 12 1,15005E-07 Lack of Fit 4,55059E-07 3 1,51686E-07 1,47586797 0.2856 Pure Error 9,25E-07 9 1,02778E-07 Cor Total 0,000018445 17

Gráfica 68. Resultado s an álisis d e varianz a Den sidad mezclas







122

de respuesta (dens idad), en este caso siendo A la concentración del


5.4.6 pH

pH vs Concentración de Surfactante

12.6512.7

12.7512.8

12.8512.9

12.9513

13.05

0 1 2 3 4 5


pH

75 LAS - 25 MES50 LAS - 50 MES

25 LAS - 75 MES

Gráfica 69. Cur va d e pH mezclas

El pH de las mezclas detergentes resultó bastante similar al de las soluciones

sin mezcla, crec iendo a medida en que se aumenta la concentración de

tensoactivo (Gráfica 59). Los pHs más básicos se obtuv ieron para la proporc ión

75% LAS – 25% MES como era de esperarse, mientras que los menos bás icos

en el caso de mayor presenc ia de MES.


Gráfica 70. pH vs Concentraci ón de Surfactan te y Propor ción de mez cla

123

Tabla 67. Análi sis de varianza pH mezclas

Source Su m of Sq uar es DF Mean Square F Valu e Prob > F Model 0,134812354 5 0,026962471 22,9488068 < 0. 0001 A-Concent ración 0,110143991 1 0,110143991 93,7478315 < 0. 0001 B-Proporción de Mezcla 0,024477778 2 0,012238889 10,416994 0.0024 AB 0,000190585 2 9,52926E-05 0,0811072 0.9226 Residual 0,014098757 12 0,001174896 Lack of Fit 0,010698757 3 0,003566252 9,4400797 0.0038 Pure Error 0,0034 9 0,000377778 Cor Total 0,148911111 17

Gráfica 71. Resultado s an álisis d e varianz a pH mezcl as

Las gráficas que resumen los resultados obtenidos del análisis de varianza



corrida y la interacción de los factores. De acuerdo con el análisis de var ianza,

se encontró que valores de “Prob > F" menores que 0.0500 indican que los factores A y B del modelo evaluado son significantes con respecto a la var iable

124

de respuesta (pH), en es te caso s iendo A la concentración del surfactante y B

la proporción de mezc la.

5.4.7 Conductividad

Conductividad vs Concentración de Surfactante

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 4 5


Cond

uctiv

idad

(mS/

cm)


Gráfica 72. Curva de Conductivid ad mez clas

La conductividad de las mezclas presentada en la Gráfica 62 se asemeja al

comportamiento esperado, en donde las soluciones con mayor presencia de

LAS poseen los valores de conductividad más grandes. De manera adversa, la

menor conductividad obtenida se obtuvo para la proporción de mayor cantidad

de MES. Igualmente, de manera general la conductiv idad aumentó a medida en

que crec ía la concentración de surfactante.


Gráfica 73. Conducti vidad vs Con centraci ón de Surfactante y Proporci ón de mezcla

125

Tabla 68. Análi sis de vari anza Con ductividad mezcl as

Source Su m of Sq uar es DF Mean Square F Valu e Prob > F Model 45,39569219 5 9,079138437 344,702223 < 0. 0001 A-Concent ración 45,08440456 1 45,08440456 1711, 69265 < 0. 0001 B-Proporción de Mezcla 0,310411111 2 0,155205556 5,89259658 0.0165 AB 0,000876511 2 0,000438255 0,01663898 0.9835 Residual 0,316068925 12 0,026339077 Lack of Fit 0,303818925 3 0,101272975 74,4046347 < 0. 0001 Pure Error 0,01225 9 0,001361111 Cor Total 45,71176111 17

Gráfica 74. R esultado s an álisis d e varianza Condu ctivid ad mez clas







126

de respuesta (conductividad), en este caso s iendo A la concentrac ión del


127

6. CONCLUSIONES

• Después de haber obtenido los resultados para todas las propiedades

físico-químicas de las soluciones tensoactivas, se conc luye que se tuvo una

buena prec isión en la determinac ión de las mismas, ya que los valores

fueron muy similares a los reportados por la literatura.

• De acuerdo con las propiedades f ísico-químicas evaluadas para los

detergentes líquidos elaborados, se concluye de manera general que las

soluc iones detergentes que contienen al MES superan en rendimiento a las

del LAS. La afirmación anterior se plantea, debido a la obtenc ión de una

menor tensión superficial, dureza del agua, DQO, DBO, densidad, pH y

conductividad, así como una mayor detergenc ia y viscosidad.

• Las propiedades f ísico-químicas de los detergentes líquidos elaborados a

partir de la mezcla de ambos surfactantes presentaron mejores resultados

cuando el MES se encontraba en mayor proporción, corroborando la

afirmación anter iormente planteada.

• La ines tabilidad (prec ipitación) encontrada en los detergentes líquidos con

el MES como principio ac tivo se superó al preparar detergentes a partir de

la mezc la de ambos surfactantes. Sin embargo, dichos detergentes no

superaron los resultados de las soluciones sin mezcla, salvo para el caso de

la detergenc ia pero sólo en un leve porcentaje.

• Finalmente, los resultados significativos más favorables de las propiedades

físico-químicas de todos los detergentes líquidos elaborados se obtuvieron

a la mayor concentrac ión del rango de estudio trabajado (4.54%), indicando

que los detergentes se deben elaborar a dicha concentración.

128

7. RECOMENDACIONES

• De manera general, se recomienda estudiar las propiedades físico-químicas

en un rango de concentrac ión mayor, con el fin de obtener un criterio de

anális is más amplio y mucho más general.

• Se sugiere encontrar otra forma de estabilizar las soluciones detergentes

elaboradas a partir del MES, ya sea por medio de la combinación de otros

surfactantes (no necesar iamente de carácter aniónico) o con exc ipientes

hidrótopos que aumenten la solubilidad de la solución.

• Por último, se recomienda realizar estudios de las propiedades fís ico-

químicas empleando el MES con una cadena de hidrocarbonos menor para

comprender mejor la ines tabilidad del mismo en solución.

129

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