DETERGENTI
DETERGENTI (App. II, 1, p. 774)
Il reale meccanismo della detergenza, della proprietà, cioè, di una sostanza usata in soluzione di facilitare la rimozione del sudiciume dalle superfici lavate, disperdendolo nel solvente (generalmente acqua), non è ancora completamente noto, per quanto siano tuttora in sviluppo interessanti teorie.
W. C. Preston ad esempio ha constatato sperimentalmente che riportando la detergenza, così come le caratteristiche fisiche delle soluzioni dei d. anionici, in funzione della concentrazione della soluzione l'andamento delle relative curve subisce un repentino cambiamento in corrispondenza di un intervallo di concentrazione della soluzione, detto concentrazione micellare critica. È in tale intervallo che si verifica la formazione di micelle o agglomerati di forma sferica, costituite da 60-80 molecole ciascuna, e che sono tutte orientate con la coda lipofila verso il centro. Le particelle di sudiciume che hanno superficie oleosa tendono anch'esse a portarsi verso il centro delle micelle che possono in tal modo trattenere e solubilizzare considerevoli quantità di sostanze idrofobe mediante l'ingrossamento del loro volume.
L'introduzione del concetto di concentrazione micellare critica, il cui significato pratico è evidente, in aggiunta ai concetti già noti di attività superficiale e interfacciale, ha consentito una più profonda valutazione teorica del comportamento e dell'azione delle varie sostanze detergenti.
Nelle moderne composizioni di d. per uso domestico sono presenti generalmente:
a) Sostanza attiva: con tale nome si definisce in generale la sostanza organica cui sono particolarmente affidate le funzioni di modificare le tensioni superficiale e interfacciale dell'acqua e di dar luogo alla formazione di micelle. Le sostanze attive più comunemente adottate nelle formulazioni di detergenti per uso domestico sono: 1. alchilsolfati, per es. sodio laurilsolfato, ottenuti dalla solfatazione e successiva neutralizzazione di alcoli grassi eventualmente ossietilati con 2÷3 molecole di ossido di etilene; queste sostanze sono relativamente inodori, stabili, resistenti ad alcali e acidi. 2. alchilarilsolfonati, per es. sodio tetrapropilenbenzene solfonato, ottenuti dalla solfonazione e successiva neutralizzazione di idrocarburi alchilarilici con catena ramificata da 10 a 18 atomi di carbonio. I prodotti in questa categoria sono indubbiamente i più largamente impiegati per il loro basso costo, l'elevata stabilità in campo acido e alcalino, la resistenza agli agenti sbiancanti. 3. alchilfenoli, per es. nonilfenoolo, detergenti non ionici, preferibilmente impiegati ove si richieda una bassa formazione di schiuma, come ad esempio nelle macchine lavatrici a tamburo orizzontale. Gli alchilfenoli sono ottenuti da frazioni petrolifere mediante clorurazione e successiva condensazione con fenolo in presenza di adatto catalizzatore.
b) Stabilizzatori di schiuma: la schiuma di una soluzione detergente non è necessariamente collegata al fenomeno della detergenza ma ha tuttora una particolare importanza agli occhi di molti consumatori per cui, al fine di ottenere una schiuma più compatta e persistente dalle soluzioni di d., si ricorre frequentemente a speciali formulazioni. Queste consistono o nell'usare miscele di alchilsolfati e alchilarilsolfonati oppure nell'uso di additivi quali le alchilolammidi di acidi grassi o anche gli alcoli grassi in ridotte percentuali.
c) Fosfati (di sodio): del tipo complesso, caratterizzati cioè da un rapporto Na2O:P2O5 minore di 2:1, costituiscono sostanze coadiuvanti aventi sia azione specifica sia azione sinergetica nei confronti di quella attiva; essi infatti stabilizzano il pH delle soluzioni detergenti, sequestrano i sali di calcio e di magnesio, presentano un buon potere peptizzante verso il sudiciume solido e, soprattutto, un sinergismo con la sostanza attiva nel fenomeno della detergenza. I fosfati complessi più comunemente impiegati sono il tetrasodio pirofosfato e il pentasodiotripolifosfato, caratterizzati il primo da più elevato potere sequestrante verso il magnesio, il secondo verso il calcio. Frequentemente perciò i due fosfati citati sono impiegati in miscela. Nel caso di detergenti liquidi si impiegano preferibilmente i corrispondenti fosfati potassici.
d) Solfati (di sodio): aggiunti quali diluenti allo scopo precipuo di ridurre il costo della formulazione; quantità limitate (fino al 15-20%) sono però presenti, quando la solfonazione ha luogo con uso di oleum, per la neutralizzazione dell'eccesso dell'acido impiegato.
e) Silicati (di sodio): nelle forme più alcaline del metasilicato (cioè con rapporto Na2O:SiO2 da 1:2 a 1:3,3), impiegati per diminuire la viscosità delle paste nel ciclo di lavorazione, per dare maggiore resistenza meccanica alle sferette del prodotto essiccato; inoltre agiscono come anticorrosivi proteggendo i metalli impiegati nella costruzione delle macchine lavatrici. Il silicato, come sostanza alcalina, ha inoltre un effetto coadiuvante della detergenza e del potere deflocculante.
f) Carbossimetilcellulosa (sodio carbossimetilcellulosa): in piccole percentuali ha effetto di antirideposizione del sudiciume nel bagno di lavaggio. In alternativa possono essere adottate altre sostanze gelificanti quali gli alcoli polivinilici.
g) Sbiancanti ottici: composti sostantivi ai tessuti, aventi la capacità di assorbire luce ultravioletta convertendola in luce visibile nella banda dell'azzurro. In tal modo si compensa, otticamente, il colore generalmente giallastro delle fibre dei tessuti e si ottiene dal tessuto lavato un'impressione di bianco maggiore di quella che si otterrebbe per la sola rimozione del sudiciume.
h) Sbiancanti: i d. hanno azione nei confronti del sudiciume ma non di tutte le macchie; queste invece possono essere sbiancate chimicamente con l'uso di appositi composti chimici. Le sostanze più frequentemente incorporate a tale scopo nelle formulazioni dei detergenti sono i persali, specialmente il sodio perborato.
Nella tabella è riportata la composizione di alcuni d. per i varî usi domestici (indicati nelle singole colonne) che sono stati o che sono tuttora venduti sul mercato italiano:
La grande maggioranza dei d. è venduta sotto forma di sferette, cave internamente, che presentano il vantaggio di un'alta velocità di soluzione.
Il processo di fabbricazione per un prodotto del tipo delle prime tre colonne della tabella sopra presentata avviene attraverso una serie di stadî cui si accenna brevemente, qui di seguito.
Solfonaxione dell'alchilbenzene con oleum e successiva neutralizzazione per ottenere l'alchilbenzene solfonato di sodio. Si ottiene in realtà una miscela di tale composto con solfato di sodio (proveniente dalla neutralizzazione dell'acido solforico che accompagna il prodotto di solfonazione anche dopo il suo lavaggio con acqua) e con una piccola percentuale di composto non solfonato.
Occorre poi mescolare tale miscela con gli altri ingredienti secondo la formulazione prescelta. Ciò avviene in miscelatori dotati di violenta agitazione. Poiché la massa raggiunge viscosità elevate per effetto delle aggiunte di sostanze solide, aggiunte di acqua possono essere necessarie anche in tale fase. Inoltre, dato il carattere tixotropico della miscela occorre assicurare con continuità le condizioni di moto vorticoso. Si ottiene una pasta eterogenea; per trasformarla in prodotto di facile uso essa è essiccata mediante apposite attrezzature che variano a seconda della diversa forma desiderata per il prodotto finito.
Per prodotto in fiocchi o in scaglie possono ben adattarsi essiccatoi a tamburo; per prodotto in sferette cave si adottano invece torri di essiccamento nelle quali la miscela composta è spruzzata a mezzo di una pompa ad alta pressione. Aria calda, che si muove in equicorrente o in controcorrente rispetto al prodotto, provvede a supplire il calore necessario e ad asportare l'acqua evaporata. Regolando le temperature, i flussi di prodotto e di aria, e le pressioni di spruzzatura è possibile ottenere un detergente in sferette cave del desiderato contenuto di umidità (2−14%) e del voluto peso specifico apparente (0,2÷0,5 g/cm3).
Profumo, perborato, ed altri ingredienti che non possono sopportare le condizioni esistenti nella torre di essiccamento o nell'essiccatoio a tamburo sono, se richiesti, aggiunti al prodotto già essiccato, in appositi miscelatori. Si valuta che il consumo di detergenti sintetici per uso domestico abbia superato in Italia le 100.000 t nel 1959.
Bibl.: W. C. Preston, in Phys. and Colloid Chem., LII (1948), p. 84; W. W. Niven, Fundamentals of detergency, New York 1950; H. Stüpel, in Soap, perfumery, cosmetics, XXVII (1954), p. 65; F. G. Villaume, in Journal American Oil Chem. Soc., XXXV (1958), p. 558; J. W. Lohr, in Journal American Oil Chem. Soc., XXXV (1958), p. 532.