El papel de los ácidos en las formulaciones de limpieza

Cuando hablamos de “Limpieza Profunda”, los recursos disponibles en el momento del desarrollo de una formulación que sean capaces de combinar una acción rápida y eficaz son escasos. Es difícil encontrar ingredientes con la misma eficacia que los altamente reactivos, como los álcalis/hidróxidos, como el Hidróxido de Sodio, o como se conoce popularmente, Sosa Cáustica, o los ácidos fuertes, como el Ácido Clorhídrico, también conocido como Muriático.

Su naturaleza Ácida o Alcalina los distingue en cuanto a su función en el momento de la limpieza, pero aquí nos centraremos en abordar los productos fuertemente ácidos. Para comprender mejor cómo actúan los productos fuertemente alcalinos/cáusticos, haga clic aquí. También puede comprender la función de un componente fuertemente alcalino o fuertemente ácido haciendo clic aquí para leer el artículo sobre la influencia del pH en la limpieza.

En algunas ocasiones es difícil evitar el uso de la acidez para una limpieza eficaz, rápida y económica. Pero, ¿qué hace que estos ingredientes, principalmente el Ácido Clorhídrico, el Ácido Nítrico y, en algunas ocasiones, el Ácido Sulfúrico y el Ácido Fluorhídrico, sean tan eficaces?

Bueno, son compuestos altamente reactivos y electrolíticos, lo que les confiere las siguientes características y comportamientos en lo que respecta al proceso de limpieza:

1. Corrosión:

Su reacción con los iones metálicos provoca un proceso de decapado, es decir, la eliminación de una película del metal. Esto nos da la impresión de que el producto ha "renovado" la superficie, cuando en realidad la ha corroído. El secreto aquí, para un proceso de decapado eficiente, es hacer que el ácido promueva un proceso de corrosión lo más uniforme y controlado posible. Para ello, es importante asociar el ácido con tensioactivos y agentes dispersantes, como por ejemplo, el Poliacrilato de Sodio o algunos otros ácidos que presentan esta capacidad, como el Ácido Fosfórico y el Ácido Cítrico.

También es importante trabajar con una concentración de ácido adecuada a la cantidad de suciedad u oxidación presente en la superficie metálica, ya que cuanto más concentrada es la solución ácida, menos controlada es la reacción de corrosión y mayor es la posibilidad de que aparezcan manchas. Un ejemplo clásico de este tipo de limpieza sería el uso de Ácido Fluorhídrico para limpiar las cajas de aluminio de los camiones.

2. Solubilización de minerales:

Los minerales, como la arena y la caliza, tienen características alcalinas y, por lo tanto, reaccionan con ingredientes ácidos. Cuando se produce esta reacción, se forman las llamadas sales. Dependiendo del ácido que utilicemos en esta reacción, se obtendrán sales más o menos solubles. Las sales formadas a partir del Ácido Nítrico, Sulfúrico, Fluorhídrico y Clorhídrico, por ejemplo, se encuentran entre las sales más solubles que existen. Esta es una de las razones por las que estos ácidos son tan eficaces en algunos procesos de limpieza específicos. Un buen ejemplo sería el uso del ácido clorhídrico en la limpieza de pisos sin pulir, como los "limpiadores de piedras", ya que disuelven toda la suciedad mineral presente, facilitando mucho el enjuague.

3. Degradación de materiales orgánicos:

En este caso específico, el Ácido Sulfúrico es el ácido que tiene esta característica destacada. Reacciona fuertemente con los materiales orgánicos, degradándolos en dióxido de carbono y agua en una fuerte reacción que libera calor. Esto, literalmente, "carboniza" la suciedad orgánica. Sin embargo, este comportamiento se produce de forma más eficaz cuando el ácido se aplica en su forma más concentrada, siendo esta reacción lenta cuando está muy diluido. Por esta razón, se utiliza en situaciones muy específicas en limpiezas del ámbito profesional.

4. Dispersión de sólidos:

Otros ácidos con menor reactividad se utilizan, como ya se ha mencionado anteriormente, como agentes de dispersión de sólidos, como el Ácido Fosfórico y el Ácido Cítrico, los más comúnmente aplicados por su relación costo/beneficio. Estos ácidos interactúan a través de enlaces con el agua y sus propias moléculas, formando una especie de "red" que mantiene las partículas sólidas en suspensión, impidiendo que se vuelvan a depositar en la superficie y facilitando el enjuague.

En un proceso de decapado, por ejemplo, se forman micropartículas que pueden volver a depositarse en los poros de la superficie, perjudicando este proceso. Aunque estos ácidos se utilizan mucho para este fin, hay otros dispersantes que presentan una mayor eficacia, entre los que destaca el Poliacrilato de Sodio, muy estable en medios fuertemente ácidos.

Para acercarnos a un ámbito más práctico, vamos a comentar algunas situaciones en las que la presencia de estos ácidos es muy frecuente:

Limpieza de Automóviles

Es cierto que existen opciones para una formulación menos agresiva y más respetuosa con el medio ambiente. Sin embargo, estas opciones siguen teniendo un costo muy elevado en comparación con las formulaciones ácidas y, por lo tanto, solo se aplican en algunos nichos de este mercado.

En este tipo de limpieza, los más comunes son los Ácidos Clorhídrico, Fluorhídrico y Sulfúrico. Es difícil encontrar un compuesto tan bueno para ciertos tipos de limpieza de partes específicas de los vehículos como estos ácidos, como la limpieza de ruedas, tanques y cajas de carga de aluminio sin pintura en camiones. Sin embargo, es importante desmontar algunas creencias sobre estas aplicaciones.

Limpieza de Cajas de Carga de Aluminio

Aunque se utilizan mucho para limpiar estas piezas de aluminio en camiones, el Ácido Clorhídrico y el Ácido Sulfúrico no son los más adecuados. Estos dos ácidos provocan un proceso de corrosión que oscurece el aluminio, lo cual no es deseable. Además, el Ácido Clorhídrico, si no se enjuaga adecuadamente, debido a la presencia de su ion cloruro, tenderá a promover la oxidación a partir de la reacción con el hierro contenido en el aluminio.

Vea aquí el video del Noxipon THZ, espesante para limpiar cajas de carga desarrollado por Macler. En él, mostramos este proceso de oscurecimiento del aluminio.

Hasta la fecha, no hemos encontrado un compuesto más eficaz para limpiar y decapar el aluminio que el Ácido Fluorhídrico, que, en rigor, podría ser el único ácido que se utiliza en una fórmula para limpiar cajas de carga de camiones. Sin embargo, tanto el Ácido Fluorhídrico como los Ácidos Sulfúrico y Nítrico han sufrido serias restricciones por parte de la ANVISA (Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria de Brasil). Por ello, se han aplicado nuevas estructuras de fórmula para este tipo de limpieza, a pesar de que no presentan el mismo rendimiento. Macler se ha dedicado a investigar alternativas para estos casos y ya se han realizado algunos descubrimientos en las consultas a través del SmartLab, su servicio de asistencia técnica dedicado a los clientes activos.

Repelente de Lluvia para Parabrisas

Con el crecimiento del mercado automotor, cada día surgen una gran variedad de productos y nichos específicos. Uno de los productos que atiende al nicho de la estética es el “repelente de lluvia para parabrisas”. Este producto tiene como objetivo renovar las manchas causadas por incrustaciones y por la acción de la lluvia ácida, que son más visibles en la zona del parabrisas donde el limpiaparabrisas no llega.

En este caso, la fórmula suele contener Ácido Fluorhídrico como agente decapante, que no solo elimina las incrustaciones, sino que también decapa el vidrio. El Ácido Fluorhídrico es el ácido con mayor capacidad para reaccionar y disolver el vidrio. Si se utiliza en la concentración correcta con una fórmula equilibrada, promueve un decapado muy uniforme que recupera el aspecto translúcido del vidrio.

Es importante señalar que, a pesar de ser muy eficaces y debido a su bajo costo, los productos ácidos siguen utilizándose mucho en lugares contraindicados, donde el sistema de limpieza requeriría una mayor precaución, como la parte mecánica del automóvil. En esta parte coexisten muchas piezas de aluminio o metálicas que sufren un fuerte ataque y corrosión, como componentes electrónicos, piezas pequeñas y abrazaderas de mangueras que se rompen fácilmente debido al uso de estos productos.

La elección de tensioactivos para la limpieza ácida en el sector automotor debe tener en cuenta que muchas de las superficies que se van a limpiar son verticales. Por este motivo, es deseable que el producto promueva una alta formación de espuma, para que esta espuma se escurra lentamente aumentando el tiempo de contacto con la superficie, lo que permite que el ácido tenga más tiempo de acción.

En este sentido, el Ácido Sulfónico es, entre las opciones, la molécula más utilizada, ya que presenta una alta formación de espuma, una buena relación costo/beneficio y una alta estabilidad. Por otro lado, el Lauril Éter Sulfato de Sodio, el Lauril Sulfato de Sodio, la Betaína y la Amida, a pesar
de presentar una buena formación de espuma, no son estables en medios ácidos y, por lo tanto, están contraindicados. Las Aminas Óxidas, a pesar de su buena formación de espuma y buena estabilidad, se protonan (presentan carga eléctrica positiva) en medio ácido y, por lo tanto, tienden a adherirse a las superficies, lo que dificulta el enjuague.

Como alternativa para aumentar aún más el poder espumante del Ácido Sulfónico y, en formulaciones más concentradas, mejorar su solubilidad aumentando la estabilidad de la formulación, Macler presenta el Prime AO40 como un aditivo para usar en combinación con el Ácido Sulfónico. En algunos casos, ayuda a mejorar no solo la estabilidad, sino también la viscosidad.

Consciente de todas las limitaciones y dificultades para encontrar información sobre formulaciones de limpiadores para cajas de carga, Macler, a través del SmartLab, ha desarrollado dos opciones de formulación con alta formación de espuma, buena viscosidad y alto rendimiento. Para acceder y beneficiarse de este conocimiento, solo tiene que hacer clic en los siguientes banners:

Limpieza de pisos y piedras en bruto

Al igual que en la limpieza de metales, al limpiar un piso de piedra en bruto, los ácidos promueven un decapado mediante la disolución de una capa muy fina del mineral.

El ácido más reactivo es el Ácido Fluorhídrico, con una capacidad de decapado muy acentuada. Sin embargo, y debido a ello, este ácido es el principal responsable de provocar manchas debido a su excesiva corrosividad.

El Ácido Sulfúrico sería una buena opción para ayudar a eliminar los materiales orgánicos adheridos al piso. Sin embargo, los Ácidos Fluorhídrico, Sulfúrico y Nítrico tienen su uso restringido por la ANVISA a aplicaciones específicas del ámbito profesional y no pueden utilizarse en productos de uso doméstico e institucional.

Teniendo en cuenta este panorama y si queremos optar por la limpieza con ácidos, nos centramos en el uso del Ácido Clorhídrico, que sigue teniendo una buena capacidad de decapado y, si se utiliza adecuadamente, también presenta un menor riesgo de manchas en comparación con el Ácido Fluorhídrico.

Es importante destacar que la limpieza con ácidos fuertes no es segura para pisos como baldosas y gres porcelánicos, ya que presenta riesgo de manchas por corrosión, sobre todo si se utiliza el Ácido Fluorhídrico. Otro punto a tener en cuenta es el hecho de que la limpieza ácida, independientemente del ácido que se utilice, siempre provocará un ataque a la lechada. La diferencia entre los ácidos es que, cuanto más fuerte sea el ácido, mayor será el ataque a la lechada y será necesario volver a rejuntar el piso antes de lo previsto.

Una vez más, el rendimiento y la uniformidad del decapado dependerán no solo de la concentración adecuada del ácido que se utilice, que no debe ser demasiado alta, sino también de la combinación del Ácido Clorhídrico con tensioactivos y dispersantes adecuados. Por ello, Macler, a través del SmartLab, ha reunido su experiencia en el tema y ha puesto a disposición una sugerencia de formulación concentrada con un excelente rendimiento. Para acceder a este material, haga clic en el siguiente banner:

Limpieza de inodoros y urinarios

La lógica detrás de la limpieza ácida de inodoros y urinarios es muy similar a la de un limpiador para pisos. Sin embargo, lo que se pretende eliminar son las incrustaciones de calcio, magnesio y hierro que se depositan en las paredes del inodoro y en las salidas de agua de la descarga. Los ácidos, como se ha explicado anteriormente, tienen la capacidad de disolver estos minerales y, por lo tanto, son muy eficaces en este tipo de limpieza. En este caso, el Ácido Clorhídrico es el ácido más utilizado en este tipo de limpieza por su relación costo/beneficio en productos profesionales y por las restricciones de la ANVISA en cuanto al uso de otros ácidos fuertes, ya mencionadas anteriormente.

El desafío en este tipo de formulación es agregarle un alto contenido de ácido, ya que debe actuar rápidamente, asociado a una alta viscosidad para que el producto no se escurra instantáneamente por las paredes del inodoro, lo que no permitiría un tiempo de acción adecuado.

La mejor solución para conseguir buenas formulaciones con estas características es el uso de tensioactivos específicos, en este caso la Amina Grasa Etoxilada, más concretamente la Amina Grasa de Sebo o Coco con 2 moles de etoxilación. Sin embargo, estas aminas tienden a enturbiarse y generar separación de fases a bajas temperaturas.

También es muy común encontrar propiedades bactericidas en este tipo de formulaciones. Sin embargo, este efecto lo proporciona el propio ácido. El uso de compuestos cuaternarios tampoco es adecuado, ya que rompe la viscosidad de la formulación y los que tienen un pH ácido pierden la mayor parte de sus propiedades bactericidas. Es decir, se convierte en un costo adicional que no aporta ningún beneficio.

Consciente de esta dificultad a la que se enfrentan los formuladores, Macler ha desarrollado una mezcla de aminas que consigue estabilizar la formulación incluso a temperaturas muy bajas. A partir del estudio y desarrollo de esta mezcla, denominada Isogen TH+, Macler ha desarrollado una formulación indicativa a la que se puede acceder en el banner que aparece a continuación.

Limpieza industrial / Tratamiento de superficies

Otra área en la que se utiliza mucho el proceso de limpieza ácida es el tratamiento de chapas metálicas. En el proceso de tratamiento de bobinas de acero para la fabricación de chapas, así como de piezas de acero o hierro fundido, es necesario el decapado para eliminar toda la oxidación/óxido. Para ello, en general, se utiliza un baño de Ácido Clorhídrico, que presenta un excelente rendimiento en la disolución de óxidos de hierro y una relación costo/beneficio insuperable. Se le pueden añadir aditivos para mejorar su rendimiento, con agentes dispersantes, como el Poliacrilato de Sodio, y tensioactivos para mejorar la penetración en los poros de la oxidación.

Algunas clases de tensioactivos, como el Ethomeen T25 y el Etoquad T25, fabricados por la empresa holandesa Nouryon y distribuidos por Macler en Brasil, que pertenecen a la clase de las aminas grasas etoxiladas terciarias y cuaternarias, pueden ayudar como agentes inhibidores de la corrosión protegiendo el metal crudo del ataque del ácido, ya que algunas aleaciones
metálicas pueden presentar un debilitamiento de su resistencia mecánica por la acción del ácido. Por eso, es muy importante que, después del baño ácido, se realice un baño alcalino para neutralizar el ácido y, en el caso de piezas que se destinarán al almacenamiento o al transporte, se aplique algún agente protector, como aceites o incluso polímeros que formen una película sobre la pieza.

Otra forma muy común utilizada para proteger las piezas metálicas contra la oxidación es el proceso de fosfatación. Este proceso se realiza generalmente aplicando una fórmula a base de Ácido Fosfórico y tensioactivo. Este proceso genera una capa de sal de fosfato alrededor de la pieza, que la protege contra la oxidación durante un cierto tiempo. La fosfatación no es una protección definitiva, por lo que suele utilizarse como preparación para una siguiente etapa del proceso, como la pintura. Si está buscando una formulación fosfatante, haga clic en el banner de abajo, que le dirigirá a un material desarrollado por Macler en su SmartLab.

Siguiendo con el tema del tratamiento de superficies metálicas, otro tema muy frecuente en este sentido es la limpieza y el pasivado del acero inoxidable. El acero inoxidable contiene cromo y níquel, y su característica de ser inoxidable proviene principalmente del cromo. Cuando se expone al aire, el cromo reacciona con el oxígeno formando una capa de óxido de cromo que protege al metal de los agentes corrosivos.

De esta manera, el proceso de limpieza y restauración de superficies de acero inoxidable se puede realizar químicamente mediante formulaciones ácidas. En estos casos no se recomienda el uso de Ácido Clorhídrico, ya que provoca manchas en el acero inoxidable y óxido en algunas aleaciones que contienen hierro. El ácido más adecuado en este caso es el Ácido Nítrico. Este ácido consigue eliminar la oxidación y exponer el cromo metálico para que pueda volver a reaccionar con el oxígeno del aire y pasivarlo de nuevo.

Aunque el Ácido Nítrico es muy eficaz en estos casos, sabemos que combinarlo con un poco de Ácido Fluorhídrico, para acelerar su reacción, y un poco de Ácido Sulfúrico, para actuar sobre el carbono muy comúnmente presente en diversas aleaciones, ayuda a mejorar el rendimiento del proceso. Aquí, nuevamente, es interesante el uso de un tensioactivo para ayudar a uniformar la acción del ácido sobre la superficie. En este caso, se recomienda el uso de tensioactivos no iónicos.
Esta misma sinergia entre estos ácidos se utiliza en la formulación del Gel Decapante, que es un producto utilizado para restaurar el aspecto metálico inoxidable en el cordón de soldadura inmediatamente después del proceso de soldadura. El gran desafío en el desarrollo de este tipo de formulación es la adquisición de alta viscosidad y la formación de gel. Como la concentración de ácido en estas formulaciones es muy alta, ya que necesita tener una acción muy rápida, muy pocos espesantes presentan estabilidad en este medio.

Según un estudio realizado por Macler, el espesante que presentó mejor estabilidad en este caso fue el Poliquaternium 37. Algunas Gomas Xantanas mostraron una buena estabilidad, pero no pueden someterse a temperaturas superiores a 35 °C y no presentan una reología adecuada para la aplicación.

Macler desarrolló una excelente relación entre estos ácidos, que puede consultarse en las sugerencias de formulación disponibles haciendo clic en los banners a continuación.

Limpieza CIP / Calderas

Un último tema importante en lo que respecta a la limpieza ácida es la limpieza de tuberías mediante el proceso CIP. Se trata de un proceso industrial automatizado de limpieza y desinfección que no requiere desmontar los equipos para eliminar residuos, olores y microorganismos de los equipos de producción, especialmente en sectores como el alimentario, el de bebidas y el lácteo. El sistema funciona mediante la circulación de agua y productos de limpieza (detergentes ácidos y alcalinos y desinfectantes) a través de tuberías, aspersores y otros componentes, utilizando la presión, la temperatura y el tiempo adecuados para una limpieza eficaz sin necesidad de intervención manual.

En el caso de la limpieza ácida, su objetivo es disolver depósitos e incrustaciones minerales, más comúnmente depósitos ricos en calcio, muy presentes en la industria láctea, por ejemplo.

En la industria alimentaria y de bebidas nos encontramos con equipos y tuberías de acero inoxidable, por lo que lo más adecuado es utilizar Ácido Nítrico en la limpieza, por las razones mencionadas anteriormente cuando tratamos sobre la limpieza del acero inoxidable. Por otro lado, el uso de Ácido Clorhídrico en tuberías de acero carbono y hierro fundido es bastante común, a pesar de ser un ácido mucho más corrosivo y, por lo tanto, a menudo requiere el uso de inhibidores de corrosión para que no corroa el metal en bruto y lo dañe. En estos casos, una vez más, los productos Ethomeen T25 y Ethoquad T25, de la clase de las aminas grasas terciarias o cuaternarias etoxiladas de sebo o coco, son adecuados para este tipo de protección. Sin embargo, pueden producir espuma.

En este proceso, es importante comprender que los equipos utilizados, principalmente las bombas, pueden sufrir daños si se forma espuma. Por lo tanto, como ya se ha mencionado en varias ocasiones, es recomendable utilizar tensioactivos, tanto para inhibir la corrosión como para aumentar el rendimiento. Sin embargo, en este caso, se debe utilizar un tipo de tensioactivo que no promueva la formación de espuma o añadir un antiespumante.

Existen algunos tipos de tensioactivos que presentan una baja formación de espuma. Los más conocidos son los Alcoholes Grasos Etoxilados/Propoxilados, pero algunos Alcoholes Grasos de cadena corta y bajo HLB también pueden presentar una baja espuma. Lo más importante en este caso no es el poder detergente del tensioactivo, sino su capacidad para reducir la tensión superficial, ya que no actuará en la limpieza de grasas y aceites a través de su capacidad de emulsión, sino que ayudará al ácido a penetrar más profundamente en los poros de las incrustaciones, de modo que la acción del ácido sea más rápida y eficaz.

Sin embargo, nos encontramos con algunas dificultades a la hora de buscar este tipo de tensioactivo. Además de la escasa disponibilidad de este tipo de producto en Brasil y su elevado coste, también suelen ser productos de baja solubilidad, es decir, no se disuelven bien en agua y acaban requiriendo el uso de hidrotopos para que se vuelvan solubles. Los hidrotopos que no forman espuma suelen ser costosos y requieren concentraciones relativamente altas para ser eficaces. En este sentido, y buscando una solución con baja espuma que no requiera el uso de hidrotopos y que presente una buena relación coste-beneficio, Macler ha desarrollado el producto Isogen SE32. Una relación entre tensioactivos centrada en aplicaciones que requieren baja espuma y fácil aplicación. El producto puede utilizarse en medios extremadamente ácidos o extremadamente alcalinos, presentando una excelente estabilidad. En el caso de la limpieza CIP, Isogen SE 32 puede adoptarse como aditivo del proceso, mejorando el rendimiento con el objetivo de reducir el tiempo necesario para realizar una limpieza eficaz.

Otro factor que contribuye a la limpieza CIP es el uso de agentes dispersantes, como los ya mencionados Ácido Fosfórico, Ácido Cítrico y, el de mayor rendimiento, Poliacrilato de Sodio.

Es muy difícil incluir en un solo texto todas las situaciones relacionadas con las formulaciones ácidas. Por eso, hemos intentado reunir aquí los puntos principales relacionados con este tema. Pero el SmartLab de Macler cuenta con un equipo de profesionales listos para atender a sus clientes activos en caso de dudas y necesidades específicas de desarrollo. ¡Póngase en contacto con nosotros.