Introduzione
I detergenti sono quei prodotti in grado di allontanare dalle superfici quel materiale estraneo e non, definito come “sporco”.
Lo sviluppo dei detergenti è legato allo sviluppo dei tensioattivi sintetici
I tensioattivi sintetici sono i componenti fondamentali dei detergenti.
Obiettivo: Conoscere il fenomeno della
detergenza ed i principali componenti dei
detergenti.
Programma di lavoro
L'unità didattica verrà svolta in 6 ore di lezione
Gli argomenti, per esigenze didattiche, verranno suddivisi in tre parti:
Tensioattivi e chimica dei tensioattivi
Detergenti e fenomeno della detergenza
Problemi ambientali e tossicologici
Terminologia (1)
Elettrone: particella dell'atomo con carica negativa.
Protone: particella dell'atomo con carica positiva.
L'atomo è neutro. Cioè nell'atomo i protoni
sono in numero uguale agli elettroni.
Terminologia (2)
Se ad un atomo aggiungiamo un elettrone possiederà più elettroni dei protoni e si
chiamerà ione negativo o anione.
Se ad un atomo togliamo un elettrone,
possederà un elettrone in meno rispetto ai protoni e si chiamerà uno ione positivo o
catione
Cl 1e- Cl
Na Na+ 1e-
+
+
Terminologia (3)
Tensioattivi: sostanze che diminuiscono la “tensione superficiale”
Gruppo:
anionico: con carica negativa.
cationico: con carica positiva.
non ionico: senza carica specifica.
Detergenti: miscugli di numerose sostanze con la predominanza dei tensioattivi.
Idrofobo: contrario all'acqua, non solubile in acqua.
Idrofilo: simile all'acqua, solubile nell'acqua
Tensione superficiale
Tra le molecole di una sostanza vi sono delle forza di attrazione
responsabili di alcune proprietà dei liquidi, tra queste proprietà vi è la tensione superficiale.
Le molecole situate all'interno del liquido sono soggette a forze di attrazione agenti in tutte le direzioni, mentre quelle disposte sulla superficie sono attratte solo verso il centro della massa e di fianco.
L'azione di tali forze fa si che lo strato delle molecole superficiali si comporti come una “membrana” che avvolge la sostanza stessa. Tale forza superficiale di coesione tra le molecole prende il nome di
tensione superficiale.
Soluzioni di Tensioattivi
Chimicamente il tensioattivo è un composto
organico nella cui molecola distinguiamo due zone:
una idrofoba ed una idrofila.
La parte idrofoba è generalmente una catena
idrocarburica lunga da 10 a 20 atomi di carbonio e mai solubile in acqua
La parte id
rofila può essere di vari tipi ma sempre solubile in acqua.
CH3CH2CH2CH2 CH2 n CH2CH2CH3
Classificazione dei tensioattivi
I vari tipi di tensioattivi differiscono per la
“zona” idrofila. I tensioattivi si dividono in :
Tensioattivi anionici: la zona idrofila è formata da un anione o gruppo negativo
Tensioattivi cationici: la zona idrofila è formata da un catione o gruppo positivo
Tensioattivi non ionici: la zona idrofila è formata da un gruppo senza carica
Tensioattivi anfoteri: la zona idrofila è formata da un gruppo con doppia carica, positiva e negativa.
R1 C O
O
R1 CH2O SO <3>
R1 CH2 SO <3>
Tensioattivi anionici
L'estremità idrofila è formata da un gruppo carico negativamente (anione). R1= catena
idrocarburica
Gruppo carbossilato
Gruppo solfato
Gruppo solfonato
Terminologia (4)
La durezza è una caratteristica dell'acqua ed è dovuta alla presenza dei sali di calcio e
magnesio.
L' acqua poco dura ha pochi sali di Ca e Mg, viceversa per l'acqua dura.
La durezza dell'acqua influenza l'efficacia dei tensioattivi. Nel senso che questi lavorano
meglio se l'acqua possiede una bassa durezza.
Proprietà Dei Tensioattivi Anionici
Sono dei composti in grado di sciogliere lo sporco in modo efficace.
Producono molta schiuma.
Gli anionici carbossilati o saponi per essere efficaci richiedono acqua poco dura.
Quelli solfati o solfonici sono meno sensibili
alla durezza dell'acqua.
Tensioattivi Cationici
L'estremità idrofila è formata da un gruppo
carico positivamente (catione). R1, R2, R3 = catene idrocarburiche uguali o diverse.
R1 CH2 NH3+ R1 NH2+ R2 R1 NH+ R2
R3
R1 NH+ R2
R1 N+ R2
;
Ammina primaria Ammina secondaria
Ammine terziarie
Ammina quaternaria
Proprietà Dei Tensioattivi Cationici
I tensioattivi cationici sono meno efficaci degli altri tensioattivi.
I t. cationici hanno un'azione irritante, quindi non vengono usati per produrre saponi
Possiedono una buona attività battericida.
Si usano per produrre soluzioni e saponi disinfettanti.
Vengono utilizzati nei detersivi.
Tensioattivi non ionici
L'estremità idrofila è formata da un gruppo
senza carica elettrica. R1, R2, R3 = catene idrocarburiche uguali o diverse.
Sono esteri o eteri di polietilenglicoli
R1 O CH2CH2O nCH2CH2OH
C O CH2CH2O CHn 2CH2OH O
R1
Proprietà dei Tensioattivi non Ionici
Sono tensioattivi abbastanza efficaci.
Producono poca schiuma
Sono utilizzati nelle macchine lavatrici
Sono poco influenzati dalla durezza
dell'acqua
Tensioattivi Anfoteri
L'estremità idrofila è formata sia da un gruppo con carica positiva che da un gruppo con
carica negativa.. R1, R2, R3 = catene idrocarburiche uguali o diverse.
Possiedono sia i gruppi tipici dei cationici sia quelli degli anionici.
R1 C O
O
R1 CH2O SO <3>
R1 CH2 SO <3>
R1 CH2 NH3+ R1 NH2+ R2 R1 NH+ R2
R3
R1 NH+ R2
;
Proprietà dei Tensioattivi Anfoteri
Sono tensioattivi piuttosto costosi.
Presentano sia le proprietà dei cationici che degli anionici.
Sono utilizzati in campo cosmetico e tessile.
I Saponi
I tensioattivi carbossilati si chiamano anche saponi.
Sono gli unici tensioattivi naturali, gli altri vengono prodotti usando derivati del petrolio.
I saponi vengono prodotti utilizzando come materia prima sostanze grasse naturali.
Rispetto agli altri tensioattivi sono meno
aggressivi, ma molto sensibili alla durezza
dell'acqua
La reazione di saponificazione
I saponi sono sali degli acidi carbossilici a lunga catena (da 10 a 20 atomi di C)
Si ottengono per idrolisi basica dei trigliceridi.
CH2 CH
CH2 O O
O C R3 C R1
R2 O
C O
O
3NaOH
CH2 CH
CH2 OH OH
OH
O O
R C [Na]
NaOH
+
KOH+
3Meccanismo d'azione dei tensioattivi
I tensioattivi attaccano lo sporco e lo sciolgono mediante la loro catena
idrocarburica. L'acqua poi lo rimuove.
I Detergenti
I detergenti sono miscugli di tensioattivi con altre sostanze che aiutano la detergenza.
Le miscele hanno un potere detergente superiore a quello che si può avere dalla somma delle singole sostanze detergenti.
Effetto sinergico potenziato.
Sostanze Complementari
Sono sostanze che migliorano l'attività dei tensioattivi, i più usati sono:
Fosfati: si usano per addolcire l'acqua, ma sono molto inquinanti quindi non devono superare l'1%.
EDTA: etilendiamminotetraacetico serve per
eliminare dall'acqua i metalli, quindi l'addolcisce.
Silicati: proteggono dalla corrosione, hanno un effetto tampone ( mantengono stabile il pH)
Coadiuvanti (2)
Enzimi proteolitici: sciolgono le sostanze proteiche quindi smacchiano i tessuti, sono ricavati dal bacillus substilis.
Perborati: migliorano il potere sbiancante perch?
liberano ossigeno.
Candeggianti: liberano ossigeno attivo che sbianca le fibre.
Idrotropi: sono sostanze che migliorano la solubilità delle sostanze organiche nell'acqua.
Carbonati e solfati: sono delle sostanze che
migliorano di poco le proprietà detergenti sono generalmente dei “riempitivi”
NaBO2 * H2O2 * 3H2O
Candeggianti ottici
Sono sostanze che assorbono l'energia
ultravioletta e la rimettono sotto forma di luce blu. Hanno un duplice effetto:
aumentano la luminosità
neutralizzano il colore giallo delle fibre.
Il colore giallo è dovuto all'ossidazione delle fibre. Il blu del candeggiante insieme al
giallo forma il colore bianco.
Tossicologia
I detergenti sono sostanze a bassa tossicità
Poiché però vengono usati in grandi quantità devono essere utilizzati con prudenza.
Sono responsabili di irritazioni cutanee, allergie, dermatiti in genere.
I detergenti ottenuti da materie prime di
origine naturale sono più innocui.
Problemi ambientali
I Detergenti contengono molte sostanze che una volta degradate si trasformano in sali minerali, dando origine al fenomeno dell'eutrofizzazione.
L'eutrofizzazione è l'eccesso di alghe nell'acqua dei fiumi provocato dall'aumento dei sali minerali.
Inoltre i detergenti contengono sostanze non
biodegradabili, cioè che non vengono distrutte dai batteri e si accumulano nell'ambiente.
Bisogna ridurre il consumo dei detergenti il più
possibile, evitando gli sprechi ed utilizzando quelle formulazioni con il più alto indice di
biodegradabilità.
Riepilogo
In questa unità didattica avete imparato cosa sono i tensioattivi ed i detergenti.
Avete imparato a riconoscerli ed ad usarli.
Domande?
