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O papel dos ácidos em formulações de limpeza

Quando falamos sobre “Limpeza Pesada”, os recursos disponíveis no momento do desenvolvimento de uma formulação que são capazes de combinar uma ação rápida e eficiente são escassos. Dificilmente encontramos ingredientes com a mesma eficiência dos altamente reativos, tal qual os álcalis/hidróxidos, como o Hidróxido de Sódio, ou como é conhecida popularmente, Soda Cáustica ou os ácidos fortes, como o Ácido Clorídrico, também conhecido por Muriático. 

Suas naturezas Ácida ou Alcalina os distinguem em relação à sua função no momento da limpeza, mas aqui vamos nos concentrar em abordar os produtos fortemente ácidos. Para entender melhor sobre como atuam os produtos fortemente alcalinos/cáusticos, clique aqui. Você também pode entender a função de um componente fortemente alcalino ou fortemente ácido, clicando aqui para ler o artigo sobre a influência do pH na limpeza. 

Algumas são as ocasiões em que fica difícil escaparmos do uso de acidez para uma limpeza eficiente, rápida e barata. Mas o que faz com que estes ingredientes, majoritariamente o Ácido Clorídrico, Ácido Nítrico e, em algumas ocasiões, o Ácido Sulfúrico e o Fluorídrico, sejam tão eficientes? 

Bem, são compostos altamente reativos e eletrolíticos e isso lhes dá as seguintes características e comportamentos no que tange ao processo de limpeza: 

1. Corrosividade:

Sua reação com íons metálicos provoca um processo de decapagem, ou seja, a remoção de uma película do metal. Isso faz com que tenhamos a impressão de que o produto “renovou” a superfície, quando na realidade a corroeu. O segredo aqui, para um processo de decapagem eficiente, é fazer com que o ácido promova um processo de corrosão o mais uniforme e controlado possível. Para isso, é importante associar o ácido com tensoativos e agentes dispersantes, como por exemplo, o Poliacrilato de Sódio ou alguns outros ácidos que apresentam esta capacidade, como o Ácido Fosfórico e o Ácido Cítrico. 

Também é importante trabalhar com uma concentração de ácido adequada à quantidade de sujeira ou oxidação presente na superfície metálica, pois quanto mais concentrada a solução ácida, menos controlada é a reação de corrosão e maior é a chance do surgimento de manchas. Um exemplo clássico desse tipo de limpeza seria o uso do Ácido Fluorídrico para limpeza dos baús de alumínio de caminhões.

2. Solubilização de minerais:

Os minerais, assim como areia e calcário, têm característica alcalina e, por isso, reagem com ingredientes ácidos. Quando essa reação ocorre formam-se os chamados sais. Dependendo do ácido que usamos nesta reação, resultarão sais mais ou menos solúveis. Os sais formados a partir do Ácido Nítrico, Sulfúrico, Fluorídrico e Clorídrico, por exemplo, estão entre os sais mais solúveis que existem. Este é um dos motivos para estes ácidos apresentarem eficiência tão pronunciada em alguns processos de limpeza específicos. Um bom exemplo seria o uso do Ácido Clorídrico na limpeza de pisos brutos, como os “Limpa Pedras”, pois dissolvem toda a sujeira mineral ali presente facilitando muito o enxágue.  

3. Degradação de materiais orgânicos:

Neste caso específico, o Ácido Sulfúrico é o ácido que tem esta característica marcante. Reage fortemente com materiais orgânicos degradando-os em gás carbônico e água numa forte reação que libera calor. Este, literalmente, “carboniza” a sujeira orgânica. Porém, este comportamento ocorre de forma mais eficaz quando o ácido é aplicado em sua forma mais concentrada, sendo essa reação lenta quando muito diluído. Por este motivo, é utilizado em situações muito específicas em limpezas do ramo profissional. 

4. Dispersão de sólidos:

Outros ácidos com menor reatividade são usados, como já mencionado acima, como agentes de dispersão dos sólidos, como o Ácido Fosfórico e o Ácido Cítrico, os mais comumente aplicados por sua relação custo/benefício. Estes ácidos interagem através de ligações com a água e as suas próprias moléculas, formando uma espécie de “rede” que segura as partículas sólidas em suspensão, não permitindo que voltem a se depositar na superfície, facilitando o enxágue.

Num processo de decapagem, por exemplo, há a formação de micropartículas que podem voltar a depositar nos poros da superfície prejudicando este processo. Apesar destes ácidos serem muito utilizados com esta finalidade, alguns outros dispersantes apresentam maior eficiência, entre eles e com o maior destaque está o Poliacrilato de Sódio, muito estável em meios fortemente ácidos. 

Tentando trazer para um campo mais prático, vamos discorrer sobre algumas situações em que a presença desses ácidos é bem frequente: 

Limpeza Automotiva 

É bem verdade que opções para uma formulação menos agressiva e mais ambientalmente amigável existem. Porém, estas opções ainda apresentam um custo muito elevado em relação às formulações ácidas e, portanto, acabam sendo aplicadas apenas em alguns nichos desse mercado. 

Neste tipo de limpeza os mais comumente encontrados são os Ácidos Clorídrico, Fluorídrico e Sulfúrico. Dificilmente encontraremos algum composto tão bom para certos tipos de limpeza de partes específicas dos veículos quanto estes ácidos, como limpeza de rodas, tanques e baús de alumínio cru em caminhões. No entanto é importante descontruir algumas crenças sobre estas aplicações.

Limpeza de Baús de Alumínio

Apesar de serem muito utilizados na limpeza dessas partes de alumínio em caminhões, o Ácido Clorídrico e o Ácido Sulfúrico não são os mais indicados. Estes dois ácidos provocam um processo de corrosão que geram o escurecimento do alumínio, que não é desejável. Além disso, o Ácido Clorídrico, se não for devidamente enxaguado, pela presença de seu íon cloreto, terá a tendência de promover ferrugem a partir da reação com o ferro contido no alumínio. 

Assista aqui ao vídeo do Noxipon THZ, espessante para limpa baús desenvolvido pela Macler. Nele, demonstramos este processo de escurecimento do alumínio. 

Até hoje não conseguimos encontrar um composto mais eficiente para limpeza e decapagem de alumínio do que o Ácido Fluorídrico, que a rigor poderia ser o único ácido a ser utilizado numa formulação para limpeza de baús de caminhão. No entanto, tanto o Ácido Fluorídrico quando os Ácidos Sulfúrico e Nítrico tem sofrido sérias restrições por parte da ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária). E, por isso, novas estruturas de fórmula têm sido aplicadas para este tipo de limpeza, apesar de não apresentarem a mesma performance. A Macler tem se dedicado a pesquisar alternativas para estes casos e algumas descobertas já foram feitas em atendimentos através do SmartLab, seu suporte técnico dedicado a clientes ativos. 

Revitalizador de Para-Brisas

Com o crescimento do mercado automotivo, uma diversidade de produtos e nichos específicos tem surgido a cada dia. Um dos produtos que atende ao nicho da estética é o “revitalizador de para-brisas”. Este produto pretende renovar as manchas provocadas por incrustações e pela ação de chuva ácida, que são mais visíveis na região do para-brisa onde o limpador não alcança. 

Neste caso a formulação geralmente conta com o Ácido Fluorídrico como um agente decapante, que remove não somente as incrustações como decapa também o vidro. O Ácido Fluorídrico é o ácido com a maior capacidade de reagir e dissolver o vidro. Se utilizado na concentração correta com uma formulação equilibrada ele promove uma decapagem muito uniforme que recupera a aparência translúcida do vidro. 

É importante indicar que, apesar de ser muito eficiente e devido a seu baixo custo, produtos ácidos ainda são muito utilizados em locais contraindicados, onde o sistema de limpeza exigiria uma cautela maior, como a parte mecânica do automóvel. Nesta parte coexistem muitas peças de alumínio ou metálicas que sofrem um forte ataque e corrosão, como componentes eletrônicos, pequenas peças e abraçadeiras de mangueiras que passam a quebrar facilmente devido ao uso destes produtos.

A escolha de tensoativos para limpeza ácida na área automotiva deve levar em conta que muitas das superfícies a serem limpas são verticais. Por este motivo, é desejável que o produto promova alta espumação, para que esta espuma escorra lentamente aumentando o tempo de contato com a superfície, permitindo que o ácido tenha mais tempo de ação.

Neste sentido o Ácido Sulfônico é, dentre as opções, a molécula mais utilizada, por apresentar alta espumação, bom custo/benefício e alta estabilidade. Já o Lauril Éter Sulfato de Sódio, Lauril Sulfato de Sódio, Betaína e Amida, apesar de apresentarem boa formação de espuma não são estáveis em meios ácidos e, portanto, são contraindicados. Já as Aminas Óxidas, apesar se sua boa formação de espuma e boa estabilidade, protonam (apresentam carga elétrica positiva) em meio ácido e, por isso, tendem a ficar aderidas às superfícies prejudicando o enxágue.

Como uma alternativa para aumentar ainda mais o poder espumante do Ácido Sulfônico e, em formulações mais concentradas, melhorar sua solubilidade aumentando a estabilidade da formulação, a Macler apresenta o Prime AO40 como um aditivo a ser usado em combinação com o Ácido Sulfônico. Em alguns casos, ela ajuda a melhorar não somente a estabilidade, como também a viscosidade.

Sabendo de todas as limitações e dificuldade de encontrar informação sobre formulações de Limpa Baú, a Macler, através do SmartLab, desenvolveu duas opções de formulação com alta espumação, boa viscosidade e de alta performance. Para ter acesso e se beneficiar deste conhecimento, basta clicar nos banners abaixo: 

Limpeza de pisos e pedras brutas

Assim como na limpeza de metais, ao limpar um piso de pedra bruta, os ácidos promovem uma decapagem através da dissolução de uma finíssima camada do mineral.

O ácido mais reativo é o Ácido Fluorídrico, com uma capacidade de decapagem muito acentuada. No entanto, e por conta disso, este ácido é o maior responsável por provocar manchas devido à corrosividade excessiva.

Já o Ácido Sulfúrico seria uma boa opção para ajudar a eliminar materiais orgânicos aderidos ao piso. No entanto, os Ácidos Fluorídrico, Sulfúrico e Nítrico têm seu uso restrito pela ANVISA a aplicações específicas do ramo profissional e não podem ser usadas em produtos de uso doméstico e institucional.

Considerando este panorama e se quisermos ir na direção de limpeza ácida, direcionamos a atenção para o uso de Ácido Clorídrico, que ainda possui uma boa capacidade de decapagem e, se utilizado adequadamente, também promove um risco menor de manchas se comparado ao Ácido Fluorídrico.

É importante ressaltar que a limpeza com ácidos fortes não é segura para pisos como azulejos e porcelanatos, apresentando risco de manchas por corrosão, sobretudo se utilizado o Ácido Fluorídrico. Outro ponto de atenção é o fato de que a limpeza ácida, independentemente do ácido que será usado, sempre provocará um ataque ao rejunte. A diferença que há entre os ácidos é que, quanto mais forte o ácido, maior será o ataque ao rejunte e mais cedo precisará ser feito o trabalho de rejuntar o piso novamente.

Mais uma vez, a performance e uniformidade da decapagem dependerão não somente da concentração adequada de ácido a ser utilizado, que não deve ser muito alta, como também da combinação do Ácido Clorídrico com agentes tensoativos e dispersantes adequados. Por isso, a Macler, por meio do SmartLab, reuniu sua expertise no assunto e disponibilizou uma sugestão de formulação concentrada com excelente performance. Para ter acesso a esse material, clique no banner abaixo:

Limpeza de vasos sanitários e mictórios

A lógica por trás da limpeza ácida de sanitários e mictórios é muito parecida com a de um limpa pisos. No entanto, o que se pretende remover são as incrustações de cálcio, magnésio e ferro que vão se depositando nas paredes do vaso e nas saídas de água da descarga. Os ácidos, como explicado anteriormente, tem a capacidade de dissolver esses minerais e, por isso, são muito eficientes neste tipo de limpeza. Neste caso, o Ácido Clorídrico é o ácido mais utilizado neste tipo de limpeza por seu custo/benefício em produtos profissionais e pelas restrições da ANVISA quanto ao uso de outros ácidos fortes, já mencionadas anteriormente.

O desafio neste tipo de formulação é agregar a ela um teor elevado de ácido, pois precisar agir rápido, associado a uma alta viscosidade para que o produto não escorra instantaneamente nas paredes do vaso não permitindo um tempo adequado de ação. 

A melhor solução para conseguir boas formulações com estas características é o uso de tensoativos específicos, neste caso a Amina Graxa Etoxilada, mais especificamente Amina Graxa de Sebo ou Coco com 2 moles de etoxilação. No entanto, estas aminas tendem a turvar e gerar separação de fases em temperaturas frias.

É muito comum também encontrar o apelo bactericida neste tipo de formulação. Porém, este efeito é fornecido pelo próprio ácido. O uso de quaternários, inclusive, não é adequado, pois quebra a viscosidade da formulação e aqueles em pH ácido perdem a maior parte de sua característica bactericida. Ou seja, passa a ser um custo agregado que não traz nenhum benefício.

Conhecendo esta dificuldade enfrentada pelos formuladores a Macler desenvolveu uma blenda de aminas que consegue estabilizar a formulação mesmo em temperaturas muito baixas. Foi a partir do estudo e desenvolvimento desta blenda, chamada Isogen TH+, que a Macler desenvolveu uma formulação indicativa que pode ser acessada no banner abaixo. 

Limpeza Industrial / Tratamento de Superfícies

Outra área onde se usa muito o processo de limpeza ácida é o tratamento de chapas metálicas. No processo de tratamento de bobinas de aço para fabricação de chapas, bem como peças de aço ou ferro fundido, é necessária a decapagem para remoção de toda a oxidação/ferrugem. Para isso, de modo geral, é utilizado um banho de Ácido Clorídrico, que apresenta uma performance excelente na dissolução de óxidos de ferro e uma relação custo/benefício imbatível. Ele pode ser aditivado para melhorar sua performance, com agentes dispersantes, como o Poliacrilato de Sódio, e tensoativos para melhorar penetração nos poros da oxidação.

Algumas classes de tensoativos, como o Ethomeen T25 e o Etoquad T25, fabricados pela holandesa Nouryon e distribuídos pela Macler no Brasil, que são da classe das aminas graxas etoxiladas terciárias e quaternárias, podem ajudar como agentes inibidores de corrosão protegendo o metal cru do ataque do ácido, pois algumas ligas metálicas podem apresentar um enfraquecimento de sua resistência mecânica pela ação do ácido. Por isso, é muito importante que, após o banho ácido, seja feito um banho alcalino para neutralização do ácido e, no caso de peças que serão direcionadas para estoque ou transporte, seja aplicado algum agente protetivo, como óleos ou até polímeros que formam um filme sobre a peça.

Outra forma muito comum utilizada para proteger peças metálicas para não enferrujarem é o processo de fosfatização. Este processo é geralmente feito aplicando uma fórmula à base de Ácido Fosfórico e tensoativo. Este processo gera uma camada de sal fosfato em volta da peça, que consegue protegê-la contra oxidação durante um certo tempo. A fosfatização não é uma proteção definitiva, por isso, costuma ser usada como uma preparação para uma próxima etapa do processo, como a pintura. Caso esteja em busca de uma formulação de fosfatizante, clique no banner abaixo que direciona para um material desenvolvido pela Macler em seu SmartLab. 

Ainda falando sobre o tratamento de superfície metálicas, outro tema bastante frequente nesse sentido é a limpeza e passivação de aço inox. O inox contém cromo e níquel e sua característica de apresentar ação inoxidável vem principalmente do cromo. Quando exposto ao ar, o cromo reage com o oxigênio formando assim uma camada de óxido de cromo que protege a metal de agentes corrosivos.

Desta forma, o processo de limpeza e restauração de superfícies de inox pode ser feito quimicamente através de formulações ácidas. Nestes casos não é indicado o uso de Ácido Clorídrico, pois ele provoca manchas no inox e ferrugem em algumas ligas contendo ferro. O ácido mais indicado neste caso é o Ácido Nítrico. Este ácido consegue remover a oxidação e expor o cromo metálico de forma que possa reagir novamente com o oxigênio do ar e passivá-lo novamente.

Embora o Ácido Nítrico seja muito eficiente nestes casos, sabemos que associá-lo a um pouco de Ácido Fluorídrico, para acelerar sua reação, e um pouco de Ácido Sulfúrico, para agir sobre o carbono muito comumente presente em diversas ligas, ajuda a trazer uma maior performance para o processo. Aqui, novamente é interessante o uso de um tensoativo para ajudar na uniformização da ação do ácido sobre a superfície. Neste caso recomenda-se o uso de tensoativos não iônicos.  
Esta mesma sinergia entre estes ácidos é utilizada na formulação de Gel Decapante, que é um produto utilizado para restaurar o aspecto metálico inox no cordão de solda logo após o processo de soldagem. O grande desafio no desenvolvimento deste tipo de formulação é a aquisição de viscosidade alta e formação de gel. Como a concentração de ácido nessas formulações é muito alta, pois precisa ter uma ação muito rápida, pouquíssimos espessantes apresentam estabilidade neste meio. 

Segundo estudo realizado pela Macler, o espessante que apresentou melhor estabilidade neste caso foi o Poliquaternium 37. Algumas Gomas Xantanas apresentaram boa estabilidade, porém, não podem ser submetidas a temperaturas acima de 35°C e não apresentam uma reologia adequada à aplicação.  

Uma ótima relação entre estes ácidos citados foi desenvolvida pela Macler e pode ser conhecida através das sugestões de formulação disponíveis clicando nos banners abaixo.  

Limpeza CIP / Caldeiras

Um último tema importante no que tange à limpeza ácida é a limpeza de tubulações através do processo CIP. Este é um processo de limpeza e sanitização industrial automatizado que não requer a desmontagem dos equipamentos para remover resíduos, odores e microrganismos de equipamentos de produção, especialmente em setores como alimentos, bebidas e laticínios. O sistema funciona pela circulação de água e produtos de limpeza (detergentes ácidos e alcalinos e desinfetantes) através de tubulações, aspersores e outros componentes, utilizando pressão, temperatura e tempo adequados para uma limpeza efetiva sem a necessidade de intervenção manual.

No caso da limpeza ácida, ela vem com o propósito de dissolver depósitos e incrustações minerais, mais comumente depósitos ricos em Cálcio, muito presente na indústria leiteira por exemplo.

Na indústria alimentícia e de bebidas vamos nos deparar com equipamentos e tubulações de inox, e por conta disso o mais indicado é o uso de Ácido Nítrico na limpeza, pelos motivos mencionados acima quando tratamos sobre limpeza de inox. Já o uso de Ácido Clorídrico em tubulações de aço carbono e ferro fundido é bastante comum, apesar de ser um ácido muito mais corrosivo e, por isso, muitas vezes exigir o uso de inibidores de corrosão para que não passe a corroer o metal cru e danificá-lo. Nestes casos, mais uma vez, os produtos Ethomeen T25 e Ethoquad T25, da classe das aminas graxas terciárias ou quaternárias etoxiladas de sebo ou de coco, são indicados para este tipo de proteção. No entanto, podem promover espuma.

Neste processo, é importante entender que os equipamentos utilizados nesse processo, principalmente as bombas, podem sofrer danos se houver formação de espuma. Então, como já mencionado algumas vezes, o uso de tensoativo é desejável, tanto para inibição de corrosão quanto para aumentar performance. Porém, neste caso, deve ser utilizado uma classe de tensoativos que não promova espuma ou ser adicionado um antiespumante.

Existem alguns tipos de tensoativos que apresentam baixa formação de espuma. Os mais conhecidos são os Álcoois Graxos Etoxilados/Propoxilados, mas alguns Álcoois Graxos de Cadeia curta e baixo HLB também podem apresentar baixa espumação. O que mais importa neste caso não é o poder de detergência do tensoativo e sim sua capacidade de redução de tensão superficial, pois ele não atuará na limpeza de gorduras e óleos através de sua capacidade de emulsão, mas sim auxiliará o ácido a penetrar mais fundo nos poros das incrustações, de forma que a ação do ácido se torne mais rápida e efetiva.

No entanto, nos deparamos com algumas dificuldades ao buscar este tipo de tensoativo. Além de baixa disponibilidade deste tipo de produto no Brasil e seu alto custo, também costumam ser produtos de baixa solubilidade, ou seja, não dissolvem bem em água e acabam demandando o uso de hidrótopos para que se tornem solúveis. Os hidrótopos que não formam espumam costumam ser custosos e demandam concentrações relativamente altas para serem efetivos. Neste sentido e buscando por solução com baixa espuma que não demandasse uso de hidrótopos e apresentasse uma boa relação custo-benefício, a Macler desenvolveu o produto Isogen SE32. Uma relação entre tensoativos focada em aplicações que necessitam baixa espuma fácil de aplicar. O produto pode ser utilizado em meios extremamente ácidos ou extremamente alcalinos apresentando uma ótima estabilidade. No caso da limpeza CIP, Isogen SE 32 pode ser adotado como um aditivo ao processo, melhorando a performance almejando reduzir o tempo para realização de uma limpeza efetiva.

Outro fator que contribui para a limpeza CIP é o uso de agentes dispersantes, como os já mencionados Ácido Fosfórico, Ácido Cítrico e, o de maior performance, Poliacrilato de Sódio.

É muito difícil abarcar em um único texto todas as situações relativas às formulações ácidas. Por isso, tentamos reunir aqui os principais pontos relativo a este tema. Mas o SmartLab da Macler conta com um time de profissionais prontos para atender seus clientes ativos em caso de dúvidas e necessidades de desenvolvimento específicos. Entre em contato! 

Lucas MicheluzziDiretor Técnico na Macler

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