Principios del diseño de formulaciones de agentes de limpieza

Con el rápido crecimiento de la economía industrial de mi país, el sector de la limpieza industrial ha experimentado un notable auge. El desempeño de la limpieza industrial depende no solo del proceso de limpieza, sino también de la elección del agente de limpieza. Dada la amplia variedad de agentes de limpieza disponibles y las cada vez más estrictas normativas ambientales, la selección de las materias primas ha suscitado una atención considerable. Este artículo se centra en la selección de tensioactivos para agentes de limpieza a base de agua; mediante la comparación de diversos parámetros, es posible escoger el tensioactivo más adecuado para cada sistema, cumpliendo con los requisitos de alta eficiencia y respeto al medio ambiente.

Como su nombre indica, la limpieza industrial es el proceso de eliminar los contaminantes (suciedad) de la superficie de un sustrato —acumulados a través de procesos físicos, químicos o biológicos— para devolver dicha superficie a su estado original. La limpieza industrial está determinada principalmente por tres factores: la tecnología de limpieza, el equipo de limpieza y los agentes de limpieza.
I. Tecnologías de limpieza
(1) Limpieza química: Esta incluye métodos comunes como la limpieza con ácidos, la limpieza alcalina y la limpieza con disolventes. Estos métodos suelen requerir el uso de equipos de limpieza en combinación con agentes limpiadores. En las operaciones estándar de limpieza industrial, la limpieza química ha ocupado durante mucho tiempo una posición dominante debido a su bajo costo, rapidez y comodidad.
(2) Limpieza física: Esta abarca métodos como el chorro de agua a alta presión, la limpieza por agitación con aire, la limpieza por ultrasonidos, la limpieza por pulsos eléctricos, el granallado, el arenado, la limpieza con hielo seco y el raspado mecánico. Estos métodos dependen principalmente de equipos de limpieza que emplean medios como el agua o partículas sólidas. Aunque resultan muy eficientes, los equipos suelen ser costosos y los costos de operación son significativos.
(3) Limpieza biológica: Este método aprovecha la acción catalítica de los microorganismos. Se emplea con frecuencia en la limpieza de textiles y de tuberías; sin embargo, su aplicación resulta algo limitada debido a requisitos específicos relacionados con la actividad catalítica de las enzimas biológicas involucradas. Los agentes de limpieza industriales se clasifican de diversas maneras; entre las categorías más comunes figuran los agentes a base de agua, los semiaqueosos y los a base de disolventes. Con el aumento de la conciencia ambiental, los agentes de limpieza a base de disolventes están siendo gradualmente sustituidos, mientras que los a base de agua ganan una mayor cuota de mercado. Los agentes de limpieza a base de agua pueden, a su vez, clasificarse según el pH en alcalinos, ácidos y neutros. Los agentes de limpieza evolucionan hacia soluciones ecológicas, altamente eficientes, ahorradoras de energía y rentables. Esta tendencia impone los siguientes requisitos: los agentes de limpieza a base de agua deben reemplazar a los tradicionales a base de disolventes; sus formulaciones deben estar libres de fósforo, con bajos o nulos niveles de nitrógeno y sin metales pesados ni sustancias perjudiciales para el medio ambiente; deben orientarse hacia la concentración (para reducir los costos de transporte), la multifuncionalidad y la especialización; las condiciones de aplicación deben ser prácticas, idealmente permitiendo su uso a temperatura ambiente; y los costos de producción deben ser bajos, a fin de minimizar los gastos del usuario final.

II. Principios del diseño de formulaciones de agentes de limpieza a base de agua. Antes de diseñar una formulación, los contaminantes suelen clasificarse. Los contaminantes más comunes pueden categorizarse según el método de limpieza requerido:
(1) Contaminantes solubles en soluciones ácidas, alcalinas o enzimáticas: Estos se eliminan con facilidad; es posible seleccionar ácidos, álcalis o enzimas específicos para preparar una solución que permita su remoción directa. (2) Contaminantes solubles en agua: Entre los ejemplos se encuentran las sales solubles, los azúcares y los almidones; estos pueden disolverse y eliminarse de la superficie del sustrato mediante inmersión en agua, limpieza por ultrasonidos o aspersión.
(3) Contaminantes dispersables en agua: Entre los ejemplos se incluyen el cemento, el yeso, la cal y el polvo; estos pueden humedecerse, dispersarse y mantenerse en suspensión en el agua para su eliminación con la ayuda de fuerzas mecánicas provenientes de equipos de limpieza, agentes dispersantes solubles en agua y agentes penetrantes.
(4) Suelos insolubles en agua: Entre los ejemplos se encuentran los aceites, las grasas y las ceras; estos requieren la aplicación de fuerzas externas, aditivos y emulsionantes para someterse, bajo condiciones específicas, a procesos como la emulsificación, la saponificación y la dispersión, con el fin de desprenderse de la superficie del sustrato y ser arrastrados en forma de dispersión. Sin embargo, los suelos rara vez se presentan de manera aislada; con frecuencia se adhieren a la superficie del sustrato o penetran profundamente en él en forma de mezclas complejas. Bajo la acción de factores externos, pueden experimentar fermentación, descomposición o desarrollo de moho, lo que da lugar a contaminantes aún más complejos. Independientemente de tratarse de contaminantes reactivos formados por enlaces químicos o de contaminantes adhesivos originados por enlaces físicos, el proceso de limpieza suele comprender cuatro etapas clave: disolución, humectación, emulsificación/dispersión y quelación.

III. Enfoque para el diseño de formulaciones de agentes de limpieza a base de agua
1. Selección del sistema. Los sistemas de agentes de limpieza a base de agua se clasifican en tres categorías: neutros, ácidos y alcalinos. Los limpiadores neutros se emplean principalmente en superficies sensibles a los ácidos y a los álcalis; el proceso de limpieza se basa en una combinación sinérgica de auxiliares de limpieza y tensioactivos para eliminar la suciedad de la superficie del sustrato.
La limpieza ácida se emplea habitualmente para eliminar el óxido y la escama de los metales. Las opciones de aditivos en condiciones ácidas son limitadas; el proceso consiste principalmente en la reacción del ácido con el óxido o la escama para desprender la suciedad, mientras que los aditivos y los tensioactivos emulsifican y dispersan los contaminantes desprendidos, logrando el efecto de limpieza deseado. Entre los ácidos más utilizados figuran el ácido nítrico, el ácido clorhídrico, el ácido sulfúrico, el ácido fosfórico, el ácido cítrico, el ácido oxálico, el ácido acético, el ácido metanosulfónico, el ácido dodecilbencenosulfónico y el ácido bórico. La limpieza alcalina es el método más empleado en la limpieza industrial; dado que los álcalis pueden saponificar los aceites vegetales para formar productos jabonosos hidrófilos, resultan sumamente eficaces para eliminar las suciedades grasas.
Los álcalis de uso común incluyen hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, carbonato de sodio, amoníaco acuoso y alcanolaminas.

2. Selección de auxiliares: En la limpieza industrial, los aditivos que mejoran el rendimiento de la limpieza se denominan “auxiliares de limpieza”. Estos incluyen agentes quelantes y dispersantes, inhibidores de corrosión, antiespumantes, biocidas/conservantes, preparaciones enzimáticas y estabilizadores del pH. Los aditivos de uso común se agrupan en las siguientes categorías principales: Agentes quelantes y dispersantes: fosfatos (pirofosfato de sodio, tripolifosfato de sodio, metafosfato de sodio, fosfato de sodio, etc.), organofosfonatos (ATMP, HEDP, EDTMP, etc.), alcanolaminas (trietanolamina, dietanolamina, monoetanolamina, isopropanolamina, etc.), aminocarboxilatos (NTA, EDTA, etc.), hidroxicarboxilatos (citratos, tartratos, gluconatos, etc.), ácido poliacrílico y sus derivados (copolímeros maleico‑acrílicos), etc.; Inhibidores de corrosión: tipos formadores de película oxidante (cromatos, nitritos, molibdatos, tungstatos, boratos, etc.), tipos formadores de película por precipitación (fosfatos, carbonatos, hidróxidos, etc.), tipos formadores de película por adsorción (silicatos, aminas orgánicas, ácidos carboxílicos orgánicos, sulfonatos de petróleo, tiourea, urotropina, imidazoles, tiazoles, benzotriazol, etc.);
Antiespumantes: a base de silicona, silicona modificada con poliéter, antiespumantes sin silicona, etc.

3. Selección de tensioactivos
Los tensioactivos desempeñan un papel crucial en la limpieza industrial; reducen la tensión superficial del sistema y aumentan la permeabilidad del producto, lo que permite que el agente de limpieza penetre rápidamente en la suciedad. Asimismo, facilitan la dispersión y la emulsificación del aceite y la grasa eliminados durante el proceso de limpieza. Los tensioactivos más utilizados se clasifican en los siguientes grupos principales: Tensioactivos no iónicos: etoxilatos de alquilfenol (series NP/OP/TX), etoxilatos de alcohol grasos (serie AEO), etoxilatos de alcohol ramificado (series XL/XP/TO), etoxilatos de alcohol secundario (serie SAEO), éteres de polioxietileno‑polioxipropileno (series PE/RPE), éteres de alquilo‑polioxietileno‑polioxipropileno, éteres de polioxietileno con terminación cap, etoxilatos de ácidos grasos (EL), etoxilatos de aminas grasas (AC), etoxilatos de diol acetilénico, poliglicósidos de alquilo, entre otros. Tensioactivos aniónicos: sulfonatos (sulfonatos de alquilbenceno/LAS, sulfonatos de alfa‑olefina/AOS, sulfonatos de alquilo/SAS, sulfonatos de succinato/OT, sulfonatos de ésteres de ácidos grasos/MES, etc.), sulfatos (K12, AES, etc.), fosfatos (fosfatos de alquilo, fosfatos de etoxilatos de alcohol grasos, fosfatos de etoxilatos de alquilfenol, etc.), carboxilatos (sales de ácidos grasos, etc.). Tensioactivos catiónicos: sales de amonio cuaternario (1631, 1231, etc.). Tensioactivos zwitteriónicos: betainas (BS, CAB, etc.), aminoácidos; óxidos de amina (OB, etc.), imidazolinas.

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