Principios de limpieza de metales acuosos y aplicaciones de tensioactivo

La limpieza acuosa de metales se logra principalmente a través de las funciones de los tensioactivos, como la emulsificación, la humectación, la solubilización, la penetración, la dispersión, la inhibición de la corrosión y la quelación.

Los tensioactivos pueden modificar (generalmente reducir) la tensión interfacial entre dos fases. Son compuestos anfifílicos que contienen grupos hidrófilos y lipofílicos. El grupo lipofílico generalmente consiste en cadenas de hidrocarburos, mientras que el grupo hidrofílico generalmente está compuesto por grupos funcionales que contienen oxígeno como los grupos hidroxilo, carboxilo o éter. Por lo tanto, las propiedades de los tensioactivos dependen no solo del tamaño y la forma del resto hidrofóbico, sino también estrechamente del tipo de grupo hidrofílico. Según su capacidad de ionizar en el agua y la carga de los iones activos resultantes, los tensioactivos se pueden clasificar en cuatro tipos: no iónico, aniónico, catiónico y anfótico. Entre estos, los tensioactivos no iónicos y aniónicos son los más utilizados en los limpiadores de desengrasamiento de metales.

Parámetros para evaluar las propiedades tensioactivas

Balance hidrofílico -lipófilo (HLB)

Para describir la capacidad hidrofílica -lipofílica de un tensioactivo y su equilibrio, se introduce el valor de HLB. Un HLB bajo indica una fuerte lipofilia y poca solubilidad en el agua, lo que dificulta el enjuague. Un HLB alto indica una fuerte hidrofilia y una buena solubilidad, pero una adsorción menos efectiva en la interfaz. Para los tensioactivos no iónicos, los valores de HLB típicamente varían de 0 a 20; Para los tensioactivos iónicos, varían de 1 a 40. Para los detergentes utilizados en humectación, penetración y emulsificación, un HLB de 13-15 se considera óptimo.

Punto de nube

El punto de nube es un indicador importante para los tensioactivos no iónicos. Se refiere a la temperatura crítica a la que una solución acuosa al 1% se vuelve turbia con el calentamiento y luego se vuelve despejado nuevamente al calentar o enfriar más. Por encima del punto de nube, la actividad tensioactiva disminuye, mientras que debajo de ella, la actividad aumenta. El punto de nube está influenciado por la longitud del grupo lipofílico, el tipo de grupo hidrofílico y la concentración de electrolitos en la solución.

Los tensioactivos no iónicos generalmente se vuelven menos solubles en el agua a medida que aumenta la temperatura porque los grupos hidrofílicos (–OCH₂CH₂–, –OH) forman enlaces de hidrógeno con moléculas de agua. A medida que aumenta la temperatura, las moléculas de agua se disocian y la hidrofilia disminuye. Por lo tanto, los tensioactivos no iónicos son el componente principal de los agentes de limpieza de metales a baja temperatura.

Para los tensioactivos no iónicos etoxilados (p. Ej., Eetoxilatos de alquilfenol), las cadenas de carbono más largas reducen el punto de nube, mientras que un número molar de óxido de etileno más alto (N) aumenta el punto de nube y mejora la hidrofilia. Por lo tanto, los productos con puntos de nube apropiados deben seleccionarse de acuerdo con los requisitos prácticos.

Tensioactivos comunes para la limpieza de desengrasaje de metales

Tensioactivos no iónicos

Estos tensioactivos no se ionizan en el agua. Sus grupos hidrofílicos generalmente consisten en restos que contienen oxígeno (éteres o hidroxils), y sus grupos lipofílicos son largas cadenas de hidrocarburos.

• Éteres de alquilo polyoxietileno : por ejemplo, el éter de dodecil polyoxietileno contiene un grupo lipofílico –C₁₂H₂₅ y un grupo hidrofílico –o (Ch₂ch₂o) ₆h.

• Alquilphenol Poloxietileno éteres (Serie OP) : comúnmente basado en fenoles de octilo (C₈) y nonyl (C₉). Cuando el número de adición de óxido de etileno (M) es 8-12, proporcionan excelentes propiedades de humectación, emulsificación y penetración. Por ejemplo, el éter de octilfenol de polioxietileno (TX-10) tiene un HLB de 12.8 y un punto de nube de 61–67 ° C. Cuando M> 15, la capacidad de emulsionante disminuye.

• Esters de polioxietileno de alcohol graso (serie AEO) : con la fórmula general R - O (Ch₂ch₂o) ₙ - H, donde R = C₁₂ - C₁₈ y N = 7–13. Por ejemplo, AEO-9. Estos tensioactivos no solo emulsionan, dispersan y limpian de manera efectiva, sino que también proporcionan una buena resistencia al agua dura y un rendimiento de humectación. Ampliamente utilizado en la limpieza y teñido textil.

• Alkanolamidas (por ejemplo, dietanolamida de aceite de coco, RCON (CH ₂ CH ₂ OH) ₂ ) : Utilizado en limpiadores sintéticos para la estabilización de espuma y una detergencia mejorada. También se aplica en la prevención de óxido a corto plazo durante el desengrasamiento de metales.

Los tensioactivos no iónicos exhiben una excelente estabilidad en medios ácidos y alcalinos, compatibilidad con otros tensioactivos y buena solubilidad en una variedad de solventes. Muestran una adsorción débil en las superficies metálicas, dejan residuos mínimos y, por lo tanto, son materiales ideales para la limpieza de desengrasamiento de metales.

Tensioactivos aniónicos

Estos ionizan en agua para producir grupos activos cargados negativamente, principalmente incluyendo:

• Carboxilates : por ejemplo, oleato de sodio (C₁₇h₃₃coona).

• Sulfatos : EG, dodecil sulfato de sodio (C₁₂h₂₅oso₃na, SDS).

• Sulfonatos : EG, dodecil sulfonato de sodio (C₁₂h₂₅so₃na).

• Sulfonatos de alquilbenceno : EG, dodecilbenceno sulfonato de sodio (LAS).

Entre estos, LAS es el más ampliamente producido y utilizado. Su rendimiento depende de la longitud de la cadena alquilo y la posición del grupo sulfónico en el anillo de benceno. Las cadenas de alquilo lineales generalmente proporcionan una detergencia más fuerte que las cadenas ramificadas, mientras que las estructuras ramificadas mejoran la solubilidad.

Para los tensioactivos de éster de alcohol graso más alto, las sales de sodio generalmente tienen la mejor capacidad de desengrasamiento. Los sulfatos etoxilados, como los EA (alcohol graso de sodio, el sulfato de éter) y los apeo-sulfatos combinan grupos hidrofílicos no iónicos y aniónicos, que ofrecen una fuerte detergencia, eficiencia de desengrasamiento y buena resistencia al agua dura.

Los tensioactivos aniónicos tienden a adsorbir tanto en las superficies metálicas como en los contaminantes de partículas (como los compuestos de pulido, la grasa y la cera), impartiendo la misma carga y causando repulsión mutua. Esto reduce la adhesión y facilita la eliminación del suelo. Sin embargo, a menudo dejan más residuos en superficies metálicas y, por lo tanto, muestran un rendimiento de enjuague relativamente más débil. Además, los tensioactivos aniónicos y catiónicos no deben mezclarse para evitar formar precipitados insolubles.

Tensioactivos catiónicos y anfotéricos

• Los tensioactivos catiónicos (p. Ej., Bromuro de cetiltrimetilamonio) producen iones cargados positivamente en el agua. Generalmente tienen detergencia débil pero fuertes propiedades bactericidas, por lo que generalmente no se usan para el desengrasamiento de metales.

• Los tensioactivos anfotéricos contienen grupos aniónicos y catiónicos en la misma molécula, como Betaine (R - N⁺ (CH₃) ₂Ch₂Coo⁻). Exhiben funciones de limpieza y antibacterianas, pero se usan más comúnmente en champús de alta gama, limpiadores de bebés, suavizantes de telas, agentes antiestáticos y desinfectantes en lugar de desengrasamiento de metales.

La relación entre la estructura de tensioactivo y el rendimiento de la limpieza es notable: dentro de los límites de solubilidad, las cadenas hidrófobas más largas proporcionan una limpieza más fuerte; Las cadenas lineales funcionan mejor que las cadenas ramificadas; Los grupos hidrofílicos en posiciones terminales son más favorables que los internos; Los tensioactivos no iónicos con puntos de nubes más altos limpian de manera más efectiva; y para los tensioactivos no iónicos de polioxietileno, la capacidad de limpieza disminuye a medida que aumenta la longitud de la cadena de óxido de etileno.

Agentes de constructor (aditivos)

Los constructores, también conocidos como sinergistas, se utilizan para mejorar el rendimiento del tensioactivo en el desengrasamiento, acelerar la eliminación del suelo y evitar la redeposición en las superficies metálicas. Los tipos comunes incluyen:

• Agentes quelantes : se unen a los iones metálicos de la tierra alcalina como Ca²⁺ y Mg²⁺ en complejos solubles, evitando la adsorción secundaria.

• Inhibidores de la corrosión : por ejemplo, se agrega benzotriazol al limpiar el cobre y sus aleaciones; El metasilicato de sodio se agrega al limpiar el aluminio, el zinc y sus aleaciones.

• Ablandadores de agua : como el tripolifosfato de sodio (Na₅p₃o₁₀), que convierte los iones de calcio y magnesio en fosfatos solubles.