Chelant Science

Un chelante, a volte indicato come sequestrante o costruttore, è una molecola specializzata progettata per legarsi a ioni metallici caricati positivamente, più comunemente calcio e magnesio, in soluzione e quindi impedire a questi ioni di formare precipitati insolubili con altri ioni che possono essere presenti. Esistono due tipi fondamentali di chelanti, designati come duri e morbidi:

• I chelanti duri, ad esempio EDTA (acido etilendiammina tetra acetico) e NTA (acido nitrilo triacetico), formano complessi molto stabili con un 1:1 stechiometria. Vale a dire che una molecola di EDTA reagisce con un singolo ion metallico.
• I chelanti morbidi, ad esempio i polimeri di acido acrilico e maleico, formano complessi meno stabili e funzionano impedendo la crescita dei cristalli piuttosto che la vera chelazione.

Entrambi gli ioni di calcio e magnesio formano precipitati insolubili molto stabili con carbonate carbonato. Il bicarbonato è onnipresente nelle acque superficiali. È deprotonato per dare carbonato dall’alto pH della maggior parte delle formulazioni di pulizia. I precipitati insolubili sono difficili da rimuovere senza l’uso di un detergente acido. Questi depositi difficili da rimuovere sono chiamati scala di acqua dura, e quindi l’acqua contenente ioni di calcio e magnesio è indicata come acqua dura. Ci sono due metodi comuni per affrontare l’acqua dura. Il primo è usare acqua addolcita. L’acqua addolcita ha rimosso gli ioni di calcio e magnesio. Ciò è compiuta spesso da uso di un addolcitore dell’acqua che scambia gli ioni del sodio per gli ioni del magnesio e del calcio in soluzione. Il secondo metodo consiste nell’utilizzare chelanti nella formulazione del prodotto detergente. Anche la chelazione degli ioni calcio e magnesio in soluzione previene efficacemente la formazione di questi depositi.

Gli ioni di calcio e magnesio formano anche precipitati insolubili con molti tensioattivi anionici, in particolare carbossilati di acidi grassi (sapone). La formazione di complessi di sapone di calcio è così efficiente che la concentrazione di tensioattivo libero disponibile per la pulizia viene ridotta a zero fino a quando tutto il calcio non è stato rimosso dalla soluzione, mediante chelazione o formando l’addotto di sapone insolubile. Senza il chelante presente in un prodotto detergente sarebbe necessario un maggior tensioattivo per garantire che per la pulizia sia disponibile un’efficace concentrazione di tensioattivo libero. In altre parole, il consumatore dovrebbe utilizzare più del prodotto di pulizia per ottenere un risultato desiderato. Inoltre, l’addotto di sapone di calcio insolubile precipiterebbe dalla soluzione sulla superficie da pulire portando ad un aspetto squallido e una sensazione rigida sul tessuto lavato. Pertanto, i chelanti utilizzati per questi scopi sono a volte indicati come “costruttori” in quanto aiutano a sviluppare le prestazioni del tensioattivo.

Oltre ad ammorbidire l’acqua della soluzione detergente, i chelanti sono anche efficaci nel rimuovere alcune macchie, specialmente quelle che hanno un’alta concentrazione di calcio come le macchie di formaggio. Le macchie hanno una struttura molecolare complessa e varia e molte includono ioni metallici che si incrociano e stabilizzano la struttura della macchia. I chelanti presenti nella soluzione detergente si legano con questi vari ioni metallici contribuendo a rimuoverli dalla macchia indebolendo così la struttura della macchia e facilitando la sua rimozione.

Oltre al calcio e al magnesio, i chelanti si legano con tutti gli ioni metallici polivalenti in soluzione. Ferro e manganese, anche se meno diffusi, possono anche portare a problemi di pulizia significativi tra cui la formazione di precipitati insolubili come ossido di ferro, ruggine e biossido di manganese. Pertanto, i detergenti speciali sono spesso formulati con chelanti di ferro altamente efficienti per legarsi a questi ioni, eliminando nuovamente i problemi che potrebbero altrimenti causare or o aiutando ad eliminare le macchie di ruggine e ferro che si sono già formate.

La tabella seguente mostra molti esempi di agenti chelanti utilizzati nei prodotti formulati e la loro capacità teorica di legarsi o sequestrare il calcio dall’acqua per migliorare le prestazioni di pulizia: