1 EV ALUACIÓN COM PARATIV A DE PROPI EDADES FÍSICO-QUÍM ICAS ENTRE UN DETERGENTE LÍQUIDO EM PLEANDO ALFA-M ETIL ÉSTER SULFONATO (M ES) Ó ALQUILBENCENO LINEAL SULFONATO (LAS) COM O PRINCIPIO ACTIVO JUAN CAMILO TORRES LIM A UNIVERSIDA D DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAM ENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BOG OT Á 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
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.
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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.
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
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
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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 60. CURVA DE VISCOSIDAD MEZCLAS (50 RP M)...........................................................................................116
GRÁFICA 61. CURVA DE VISCOSIDAD MEZCLAS (60 RP M)...........................................................................................116
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
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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
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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 7. RESULTADOS CMC LAS (EN SAYO 2).................................................................................................................49
TABLA 8. RESULTADOS CMC LAS (EN SAYO 3).................................................................................................................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
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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).
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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.
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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.
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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
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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,
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
2.3.1 Característica s principales
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
2.4.1 Característica s principales
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)
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.
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)
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)
4.4 Propiedades fí sico-química s para las mezclas
4.4.1 Tensi ón superficial
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
4.4.2 Dureza del agua
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 (%)
0.731707317 75 LAS - 25 MES 25.546 3.784 20.712 77.78696811 0.731707317 75 LAS - 25 MES 25.418 3.669 20.689 78.25647156 0.731707317 50 LAS - 50 MES 25.337 3.531 20.931 79.79455196 0.731707317 50 LAS - 50 MES 25.229 3.553 20.852 79.80715999 0.731707317 25 LAS - 75 MES 26.721 3.487 22.341 81.14831712 0.731707317 25 LAS - 75 MES 26.605 3.393 22.206 81.04859555 2.432432432 75 LAS - 25 MES 25.537 3.886 20.996 79.02637292 2.432432432 75 LAS - 25 MES 25.496 3.759 20.875 78.74131665 2.432432432 50 LAS - 50 MES 25.303 3.601 21.315 81.62381347 2.432432432 50 LAS - 50 MES 25.295 3.441 21.274 81.60062231 2.432432432 25 LAS - 75 MES 26.932 3.352 22.798 82.46819338 2.432432432 25 LAS - 75 MES 26.854 3.215 22.691 82.38927197 4.545454545 75 LAS - 25 MES 27.996 3.858 23.976 83.34576187 4.545454545 75 LAS - 25 MES 27.845 3.755 23.811 83.25446243 4.545454545 50 LAS - 50 MES 25.661 3.604 22.452 85.45133064 4.545454545 50 LAS - 50 MES 25.553 3.653 22.388 85.54794521 4.545454545 25 LAS - 75 MES 25.409 3.592 23.086 89.35233992 4.545454545 25 LAS - 75 MES 25.376 3.437 22.997 89.15629701
Tabla 40. Resultados Detergenci a mezcl as (Temperatur a 20°C y Dur eza agua 0 ppm)
Reflactancia a 600nm Concentración Surfactante (%) Mezcl a (%) Limpio Sucio Lavado Detergencia (%)
0.731707317 75 LAS - 25 MES 27.532 3.426 22.874 80.67700987 0.731707317 75 LAS - 25 MES 27.419 3.389 22.739 80.52434457 0.731707317 50 LAS - 50 MES 27.932 3.958 22.891 78.97305414 0.731707317 50 LAS - 50 MES 27.854 3.867 22.712 78.5633885 0.731707317 25 LAS - 75 MES 25.521 3.741 22.195 84.72910927 0.731707317 25 LAS - 75 MES 25.487 3.692 22.078 84.35879789 2.432432432 75 LAS - 25 MES 27.113 3.217 22.975 82.68329428 2.432432432 75 LAS - 25 MES 27.063 3.198 22.834 82.27948879 2.432432432 50 LAS - 50 MES 25.674 3.572 21.993 83.34539861 2.432432432 50 LAS - 50 MES 25.599 3.496 21.872 83.13803556 2.432432432 25 LAS - 75 MES 25.756 3.103 21.982 83.33995497 2.432432432 25 LAS - 75 MES 25.619 3.048 21.876 83.41677374 4.545454545 75 LAS - 25 MES 27.111 3.683 23.645 85.20573673 4.545454545 75 LAS - 25 MES 27.083 3.599 23.501 84.74706183 4.545454545 50 LAS - 50 MES 26.846 3.334 24.142 88.49948962 4.545454545 50 LAS - 50 MES 26.745 3.257 24.061 88.57288828 4.545454545 25 LAS - 75 MES 26.074 3.851 23.852 90.00134995 4.545454545 25 LAS - 75 MES 25.982 3.797 23.763 89.99774622
65
Tabla 41. Resultados Detergenci a mezcl as (Temperatur a 30°C y Dur eza agua 14 ppm)
Reflactancia a 600nm Concentración Surfactante (%) Mezcl a (%) Limpio Sucio Lavado Detergencia (%)
0.731707317 75 LAS - 25 MES 27.931 3.469 24.119 84.41664623 0.731707317 75 LAS - 25 MES 27.803 3.372 24.078 84.75297777 0.731707317 50 LAS - 50 MES 25.675 3.745 22.331 84.75148199 0.731707317 50 LAS - 50 MES 25.556 3.694 22.218 84.73149758 0.731707317 25 LAS - 75 MES 27.846 3.551 24.215 85.05453797 0.731707317 25 LAS - 75 MES 27.704 3.408 24.194 85.55317748 2.432432432 75 LAS - 25 MES 27.391 3.793 23.837 84.93940164 2.432432432 75 LAS - 25 MES 27.207 3.681 23.762 85.35662671 2.432432432 50 LAS - 50 MES 26.561 3.231 23.115 85.22931847 2.432432432 50 LAS - 50 MES 26.498 3.107 23.089 85.42601855 2.432432432 25 LAS - 75 MES 25.173 3.289 22.109 85.99890331 2.432432432 25 LAS - 75 MES 25.084 3.126 22.064 86.24647053 4.545454545 75 LAS - 25 MES 26.665 3.974 24.891 92.18192235 4.545454545 75 LAS - 25 MES 26.509 3.853 24.703 92.02860169 4.545454545 50 LAS - 50 MES 27.811 3.103 25.874 92.16043387 4.545454545 50 LAS - 50 MES 27.713 3.057 25.719 91.91271901 4.545454545 25 LAS - 75 MES 25.782 3.679 24.185 92.77473646 4.545454545 25 LAS - 75 MES 25.608 3.581 24.064 92.99042085
Tabla 42. Resultados Detergenci a mezcl as (Temperatur a 30°C y Dur eza agua 0 ppm)
Reflactancia a 600nm Concentración Surfactante (%) Mezcl a (%) Limpio Sucio Lavado Detergencia (%)
0.731707317 75 LAS - 25 MES 26.734 3.798 23.673 86.65416812 0.731707317 75 LAS - 25 MES 26.693 3.645 23.559 86.40229087 0.731707317 50 LAS - 50 MES 26.412 3.109 23.412 87.1261211 0.731707317 50 LAS - 50 MES 26.378 3.082 23.329 86.91191621 0.731707317 25 LAS - 75 MES 25.983 3.349 22.895 86.35680834 0.731707317 25 LAS - 75 MES 25.871 3.256 22.792 86.3851426 2.432432432 75 LAS - 25 MES 26.089 3.289 23.856 90.20614035 2.432432432 75 LAS - 25 MES 25.945 3.142 23.717 90.22935579 2.432432432 50 LAS - 50 MES 27.745 3.683 25.381 90.17538027 2.432432432 50 LAS - 50 MES 27.652 3.561 25.262 90.07928272 2.432432432 25 LAS - 75 MES 25.905 3.708 23.895 90.94472226 2.432432432 25 LAS - 75 MES 25.862 3.604 23.759 90.55171174 4.545454545 75 LAS - 25 MES 27.683 3.521 26.132 93.5808294 4.545454545 75 LAS - 25 MES 27.517 3.402 26.075 94.0203193 4.545454545 50 LAS - 50 MES 26.584 3.386 25.528 95.44788344 4.545454545 50 LAS - 50 MES 26.431 3.278 25.433 95.68954347 4.545454545 25 LAS - 75 MES 26.889 3.701 25.895 95.71329998 4.545454545 25 LAS - 75 MES 26.716 3.639 25.706 95.62334792
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
Tensión Superficial vs Concentración de Surfactante
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.
5.2.3 Poder espumante
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
Tensión Superficial vs Concentración de Surfactante
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
5.3.2 Dureza del agua
Dureza del Agua vs Concentración de Surfactante
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
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
5.3.2.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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
(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
Concentración de Surfactante (%)
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
Detergencia vs Concentración de Surfactante
70
75
80
85
90
95
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
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.
5.3.3.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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 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
5.3.4 Impacto ambiental
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
Concentración de Surfactante (%)
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
Viscosidad vs Concentración de Surfactante
2.62.652.7
2.752.8
2.852.9
2.953
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
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.
5.3.5.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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 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 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
Concentración de Surfactante (%)
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.
5.3.6.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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
(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
Concentración de Surfactante (%)
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.
5.3.7.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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 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
Concentración de Surfactante (%)
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.
5.3.8.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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
(conductividad) , en es te caso siendo A la concentración del surfac tante.
105
5.4 Propiedades fí sico-química s para mezclas
5.4.1 Tensi ón superficial
Tensión Superficial vs Concentración
84
86
88
90
92
94
96
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
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
5.4.1.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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
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 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.
5.4.2 Dureza del agua
Dureza del Agua vs Concentración de Surfactante
579
111315171921
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
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.
5.4.2.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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
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 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 (dureza del agua), en este caso siendo A la concentrac ión del
surfactante y B la proporción de mezcla.
110
5.4.3 Detergencia
Detergencia vs Concentración de Surfactante
84
86
88
90
92
94
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
Dete
rgen
cia
(%)
75 LAS - 25 MES50 LAS - 50 MES25 LAS - 75 MES
Gráfica 51. Cur va d e Detergenci a mez clas (Temp eratura 30°C y Dureza agu a 14 pp m)
Detergencia vs Concentración de Surfactante
84
86
8890
92
94
9698
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
Dete
rgen
cia
(%)
75 LAS - 25 MES50 LAS - 50 MES25 LAS - 75 MES
Gráfica 52. Cur va de Detergenci a mez clas (Temp eratura 30°C y Dureza agu a 0 ppm)
111
Detergencia vs Concentración de Surfactante
76
78
8082
84
86
8890
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
Dete
rgen
cia
(%)
75 LAS - 25 MES50 LAS - 50 MES25 LAS - 75 MES
Gráfica 53. Cur va d e Detergenci a mez clas (Temp eratura 20°C y Dureza agu a 14 pp m)
Detergencia vs Concentración de Surfactante
78
80
8284
86
88
9092
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
Dete
rgen
cia
(%)
75 LAS - 25 MES50 LAS - 50 MES25 LAS - 75 MES
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.
5.4.3.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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
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 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
Viscosidad vs Concentración de Surfactante
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
)
75 LAS - 25 MES50 LAS - 50 MES25 LAS - 75 MES
Gráfica 59. Cur va d e Vi scosidad mezclas (30 R PM)
116
Viscosidad vs Concentración de Surfactante
2.55
2.6
2.65
2.7
2.75
2.8
2.85
0 1 2 3 4 5
Concentración de Surfactante (%)
Vis
cosi
dad
(cP
)
75 LAS - 25 MES
50 LAS - 50 MES
25 LAS - 75 MES
Gráfica 60. Cur va d e Vi scosidad mezclas (50 R PM)
Viscosidad vs Concentración de Surfactante
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
Gráfica 61. Cur va d e Vi scosidad mezclas (60 R PM)
Viscosidad vs Concentración de Surfactante
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.
5.4.4.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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 que valores de “Prob > F" menores que 0.0500 indican que 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
Concentración de Surfactante (%)
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.
5.4.5.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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
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 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
122
de respuesta (dens idad), en este caso siendo A la concentración del
surfactante y B la proporción de mezcla.
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
Concentración de Surfactante (%)
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.
5.4.6.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
para las mezc las de LAS y MES presentan la probabilidad normal de los
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 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
Concentración de Surfactante (%)
Cond
uctiv
idad
(mS/
cm)
75 LAS - 25 MES50 LAS - 50 MES25 LAS - 75 MES
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.
5.4.7.1 Análisi s fa ctorial (ANOVA)
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
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
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 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
126
de respuesta (conductividad), en este caso s iendo A la concentrac ión del
surfactante y B la proporción de mezcla.
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
8. BIBLIOGRAFÍA
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