BR0114583B1 - composição detergente e desinfetante. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPOSI- ÇÃO DETERGENTE E DESINFETANTE".

Cloro é atualmente usado especialmente para limpeza e desin- fecção. Os compostos de cloro tais como o ácido hipocloroso (HOCI) ou o ácido clorídrico (HCI) são formados numa solução aquosa, nos quais ao fim, juntamente com o oxigênio produzido, é baseado o efeito fortemente oxidan- te e portanto desinfetante das soluções aquosas de cloro. Um efeito desinfe- tante similar é produzido pelas cloraminas que surgem durante a reação do cloro com compostos nitrogenados, mas que para algumas pessoas apre- sentam forte odor e são irritantes para os olhos. Os subprodutos críticos da desinfecção com cloro são finalmente os hidrocarbonetos clorados. Eles o- correm na reação do cloro com material orgânico e podem ser perigosos em altas concentrações. Foram portanto empreendidos esforços no sentido de substituir o cloro por outros produtos químicos para limpeza e desinfecção sem que fosse obtida a velocidade germicida do cloro.

Um problema adicional no uso de cloro para limpeza e desinfec- ção é o transporte e estocagem, por que devem ser observados cuidados especiais com relação a esta substância altamente reativa.

O objetivo da presente invenção é por conseguinte fornecer um detergente e desinfetante que evite tais desvantagens enquanto mantém um efeito oxidante e desinfetante similar.

Permanganato de potássio (KMnO4) é um forte oxidante cujo efeito germicida é de longo tempo conhecido. No meio fortemente alcalino ele é baseado em particular na redução do manganês heptavalente ao nú- mero de oxidação +6. Por diferentes razões, contudo, ele nunca foi aplicado ao uso em detergentes e desinfetantes. Devido ao seu forte efeito de oxida- ção, o permanganato de potássio provou ser incompatível com outros ingre- dientes necessários para um detergente, por exemplo. Além disso, a água atua como um redutor em face do alto potencial de oxidação do permanga- nato de potássio, acarretando assim problemas de estabilidade aos deter- gentes numa solução aquosa.

O documento GB 1 510 452 A revela um detergente para bacias de toalete que consiste em permanganato de potássio e um alquil sulfato de sódio para reduzir a tensão superficial. Não são fornecidos outros oxidantes, especialmente em cooperação com o permanganato de potássio. A adequa- bilidade do agente deve em geral ser duvidada por que não foram tomadas quaisquer medidas a fim de assegurar o meio alcalino. As condições alcali- nas, no entanto, são necessárias para impedir a precipitação do dióxido de manganês (Mn IV "arenito castanho") que apresenta uma baixa solubilidade em água. Além disso, elas promovem o efeito germicida do permanganato de potássio.

A presente invenção fornece uma composição detergente e de- sinfetante contendo permanganato solúvel em água para iniciar a oxidação de substâncias orgânicas, em que a composição adicionalmente compreen- de um agente de ajuste de pH, preferencialmente de pelo menos 12, em uma quantidade efetiva para prover um meio alcalino com um valor de pH de pelo menos 10 e pelo menos um oxidante adicional tendo um potencial de oxidação acima daquele de manganês Vll a manganês VI, preferencialmente acima daquele de HCV a OH".

Na presente invenção é adicionado um oxidante ao permanga- nato cujo potencial de oxidação excede aquele do permanganato. De acordo com a invenção, isto é alcançado adicionando-se peroxodissulfatos, prefe- rencialmente o peroxodissulfato de sódio. Conforme explicado abaixo em maiores detalhes, as reações por radicais são iniciadas através de sua coo- peração, resultando numa eficiente oxidação das substâncias orgânicas.

Oxidação de compostos orgânicos é acelerada sob condições alcalinas, fornecendo um aumento na velocidade germicida do permangana- to.

Em uma concretização preferida da presente invenção o agente de ajuste do pH é um hidróxido alcalino, tal como KOH ou NaOH, preferen- cialmente NaOH.

Em uma concretização preferida adicional, a composição deter- gente e desinfetante adicionalmente compreende pelo menos um polifosfato resistente à oxidação, tal como tripoiifosfato de potássio, como um estabili- zador de dureza. Tais estabilizadores de dureza são resistentes a peroxidis- sulfatos. Além disso, alguma proteção contra corrosão de metais não ferro- sos e plásticos pode ser esperada.

Em mais uma concretização preferida adicional da presente in- venção, a composição detergente e desinfetante compreende: .50 - 70% de NaOH1 preferencialmente 58%; .20 - 35% de tripolifosfato de potássio, preferencialmente 27%; .10 - 20% de Na2S2O8, preferencialmente 15%; pelo menos 0,01% de KMnO4.

Em outra concretização preferida, a composição detergente e desinfetante compreende:

.20 - 35% de KOH a 50%, preferencialmente 28%; .5 - 25% de tripolifosfato de potássio a 50%, preferencialmente .15%;

.25 - 35% de lixívia de hipoclorito, preferencialmente 30%; e pelo menos 0,01% de KMnO4.

A composição detergente e desinfetante pode estar na forma de pó. Essa forma é vantajosa para armazenagem e transporte.

As reações que são relevantes para a eficiência do detergente e desinfetante de acordo com a invenção são agora descritas em detalhes com referência a um diagrama Pourbaix (fig. 1; para 25°C, 1 bar de pressão atmosférica e uma atividade de eletrólito de 1 mol/l).

Primeiramente, é fornecido um forte oxidante, tendo um potenci- al oxidante acima daquele de manganês Vll a manganês VI, preferencial- mente acima daquele de HO2" a OH", mais preferencialmente o oxidante é um peroxodissulfato alcalino. Embora o peroxodissuIfato alcalino seja um oxidante forte, ele reage apenas lentamente com compostos orgânicos à temperatura ambiente e sob a ausência dos respectivos catalisadores. A oxidação eficiente e completa das substâncias orgânicas é preferencialmen- te iniciada pelo permanganato de potássio. Carbono orgânico é oxidado a oxalato. Para o propósito de acelerar a cinética de reação entre o perman- ganato de potássio e as substâncias orgânicas é adicionado um hidróxido alcalino, preferencialmente NaOH1 em uma quantidade eficaz a fim de asse- gurar assim um meio alcalino.

Na aplicação da invenção, o detergente e o desinfetante que encontra-se presente na forma de pó é dissolvido primeiro rapidamente em água sem quaisquer resíduos. Como resultado da composição de acordo com a invenção é observado que a dissolução do estabilizador de dureza ocorre suficientemente rápida para impedir a precipitação de carbonatos e hidróxidos de metais alcalino-terrosos como resultado da crescente alcalini- dade da solução, que é particularmente decisivo no caso de alta dureza da água. Durante a dissolução do pó de acordo coma invenção em água, existe primeiro a oxidação dos íons hidróxidos, ou seja pelo peroxodissuIfato (eq. .1) por um lado, e também por outro lado pelo permanganato (eq. 2), com o manganês heptavalente sendo reduzido a manganês com número de oxida- ção +6. Ocorre também uma liberação de oxigênio. Eq.1: 3 OH" + S2O82" = HO2" + 2 SO42" + H2O Eq. 2: 4 OH" + 4 MnO4" = O2T + 4 MnO42" + 2 H2O

O íon de peróxido de hidrogênio que surge durante a oxidação de íons hidróxidos pelo peroxodissulfato pode produzir uma reoxidação do Mn (VI) a Mn (VII) (eq. 3): Eq. 3: HO2" + 2 MnO42" + H2O = 3 OH" + 2 MnO4"

Quando a taxa de decomposição do peroxodissulfato não puder acompanhar aquela do permanganato (por exemplo, por causa da decom- posição do permanganato ser promovida por uma alta concentração e/ou oxidabilidade favorável da substância orgânica), pode ocorrer uma maior formação de Mn (VI). A predominância das espécies de manganês hexava- Iente acarreta uma coloração verde na solução, em contraste com a colora- ção roxa inicial produzida pelo manganês VII. A oxidação dos compostos orgânicos (aqui designados com "CH2O", que geralmente representa carbo- no com número de oxidação O e em particular para o carboidrato) em oxalato pelo Mn Vll e assim ocorre rapidamente a decomposição concomitante do permanganato, porque o alto valor de pH atua de uma maneira anionizante em numerosos materiais orgânicos, o que facilita o ataque de oxidantes ani- ônicos. A oxidação de substâncias orgânicas pelo Mn Vll envolve também MnO43", onde o manganês encontra-se presente com o número de oxidação +5 (eq. 4), mas é novamente oxidado em manganês hexavalente pelo per- manganato (eq. 5).

Eq. 4: 2 {CH20} + 3 MnO4" + 2 H2O = C2O42" + 3 MnO43" + 8 H+ Eq. 5: MnO43"+ MnO4" = 2 MnO42"

O ataque do permanganato sobre as substâncias orgânicas de acordo com a eq. 4 não leva a alta eficiência do pó de acordo com a inven- ção. A rápida e eficiente oxidação das substâncias orgânicas é de preferên- cia produzida pelas agora reações por radicais de partida. O ponto de parti- da é um radical SO4" que surge do peroxodissulfato. Este radical pode ser produzido primeiro através de clivagem homolítica do peroxodissulfato (eq.

.6) ou através da sua reação com compostos orgânicos (eq. 7):

Eq. 6: S2O82" = 2 SO4"

Eq. 7: 2S2Oe2~ + 2{CH20} + 2H20 = 2S042~ + 2S04" +{C+1-R} + 4H+

Na equação 7, {C+1-R} designa um radical com carbono com o número de oxidação +1, como por exemplo formalmente {H2C2O3}2", no qual existe uma dupla ligação entre os átomos de carbono. Os compostos em negrito designam radicais ou íons de radicais.

Conforme mostrado pelos resultados de exames, o SO4" parece ser produzido primariamente pela cooperação com os compostos de man- ganês existentes. Pode ser assumido que os compostos de manganês Vl ou manganês V têm um efeito formador de radicais sobre o peroxodissulfato de acordo com as reações 8 e 9:

Eq. 8: MnO42" + C2O42" + 2 H2O = MnO43' + 2 CO32" + 4 H+ Eq. 9: MnO43" + S2O82" = MnO42' + SO42" + SO4"

Uma cascata de reações por radicais é iniciada, dentre as quais somente a mais importante será mencionada abaixo. Assim, o radical de SO4" produz a formação de radicais OH (eq. 10). Este radical pertence, con- forme é geralmente conhecido, aos compostos mais reativos e oxidam as substâncias orgânicas (eq. 11). Os radicais SO4" podem subseqüentemente ser novamente produzidos (eq. 12): Eq. 10: SO4" + H2O = HSO4" + OH-

Eq. 11: 2 0Η· + 2 {CH20} + H2O = 2 0H~ + {C+1-R} + 4 H+

Eq. 12: {C+1-R} + 4S2082" + H2O = 4 SO42" + 4S04" + C2O42" + 4H+

Após a sua formação de acordo com a equação 10, o radical hidróxido pode também reagir com oxalato (eq. 13). O radical sulfato é sub- seqüentemente produzido novamente pelo peroxodissulfato (eq. 14):

Eq. 13: OH- + C2O42"= OH" + C2O4" Eq. 14: C2O4" + S2O92" + 2 H2O = 2 CO32" + SO42" + SO4" + 4 H+

Um outro canal de reação para a oxidação dos compostos orgâ- nicos envolve o próprio radical sulfato. O radical sulfato oxida os compostos orgânicos (eq. 15) e pode finalmente ser novamente re-suprido pelo peroxo- dissulfato (eq. 16):

Eq. 15: 2 SO4" + 2 {CH2O} + H2O = 2 SO42" + {C+1-R} + 4 H+

Eq. 16: {C+1-R} + 4S2082" + H2O = 4S042~ + 4S04" + C2O42" + 4H+

O radical sulfato pode também reagir com oxalato (eq. 17), com o mesmo sendo novamente re-suprido por meio de uma molécula de pero- xodissulfato (eq. 18):

Eq. 17: SO4" + C2O42"= SO42" + C2O4"

Eq. 18: C2O4" + S2O82" + 2 H2O = 2 CO32' + SO42" + SO4" + 4 H+

Pode assim ser visto que no curso do progresso das reações 10 a 18 ocorre uma eficiente oxidação dos compostos orgânicos, cuja oxidação é eficiente através da iniciação de radicais e é iniciada pelos compostos de manganês de diferentes números de oxidação e é mantida pelo peroxodis- sulfato.

As reações de recombinação entre os radicais levam finalmente as reações em cadeia 10 a 18 a uma interrupção final. (eq. 19 a 24);

Eq. 19 SO4" + SO4" = S2O82" Eq. 20 SO4" + OH- = HSO5" (instável) Eq. 21 4 SO4" + {C+1-R} + H2O = 4 SO42" + C2O42" + 4 H Eq. 22 OH- + OH- = H2O2 Eq. 23 4 OH- + {C+1-R} + H2O = 4 OH" + C2O42" + 4 H+ Eq. 24 3 {C+1-R} + 3 H2O = C2O42" + 4 {CH20} + 4 OH"

(desproporcionação de por exemplo (H2C2O3)2 )

Uma vez que o manganato (VI) atua termodinamicamente instá- vel em água, ocorre subseqüentemente uma predominância do manganês Il (eq. 25): Eq. 25: MnO42" + H2O = O2T + HMnO2" + 0Η"

Uma coloração amarela na solução mostra a presença de man- ganês (II) que forma complexos de oxalato e assim também a conclusão es- sencial do processo da limpeza e desinfecção.

Durante todo o progresso das reações em cadeia 10 a 25 ocorre uma liberação de oxigênio e peróxido de hidrogênio (eq. 1,2, 16 e 25), que suportam adicionalmente o processo de limpeza e desinfecção.

Não é necessário usar-se exclusivamente os compostos de pe- roxodissulfato como oxidantes fortes adicionais. Outros oxidantes cujo po- tencial de oxidação exceda aquele do manganês Vll a manganês Vl (linha MnO4YMnO4" no diagrama Pourbaix da fig. 1), e preferencialmente aquele do HO2" a OH" (linha HO2" / OH" no diagrama Pourbaix da fig. 1), são potenci- ais candidatos. O periodato seria também adequado com respeito à linha MnO4VMnO4"", o que assegura uma re-oxidação do manganês V ou Vl em permanganato dentro do escopo de um quimismo ligeiramente modificado. Embora o uso de peroxodifosfato e ozônio seja teoricamente possível, ele dificilmente pode ser realizado de um ponto de vista técnico. O peroxodifos- fato não se encontra atualmente disponível em grandes quantidades e o o- zônio se decompõe rapidamente devido à sua alta reatividade, o que não os parece tornar adequados para detergentes e desinfetantes comerciais. Em- bora o hipoclorito seja suficientemente estável numa solução aquosa, seria necessário assegurar a predominância eletroquímica do par redução- oxidação CI07CI' para a formação de íons HO2" mesmo no caso de estoca- gem por longos períodos de tempo.

Todos os componentes do detergente e desinfetante de acordo com a invenção encontram-se presentes na forma de pó, um fato que aparte da eficiente rápida oxidação das substâncias orgânicas é extremamente van- tajoso para a estocagem e transporte do agente.

Os exemplos a seguir devem documentar a versatilidade das possibilidades de uso do detergente e desinfetante e não devem ser enten- didos de nenhum modo como limitantes. Exemplo 1: O detergente e desinfetante de acordo com a invenção pode ser usado de modo especialmente apropriado em sistemas dispensadores de bebidas. A respectiva mistura de pós contém 58% de NaOH (em forma de prill), 27,10% de tripolifosfato de potássio, 14,75% de peroxodissulfato de sódio e 0,15% de permanganato de potássio. A aplicação ocorre numa con- centração de aproximadamente 8 g de produto em pó por litro, com a disso- lução em água ocorrendo rapidamente e livre de resíduos. A liberação de sulfato, hidróxido e outros radicais bem como a alcalinidade promove o pro- cesso de limpeza e desinfecção. A mudança da cor de roxa (predominância das espécies de Manganês (VII)) para verde (predominância das espécies de Manganês (VI)) e finalmente para amarelo (predominância do Manganês (ll/IV)) permite uma avaliação visual do progresso da limpeza. Exemplo 2:

O detergente e desinfetante de acordo com a invenção pode também ser usado na limpeza de garrafas. Atualmente, as garrafas sujas são imersas em banhos de lixívia. Esses banhos contêm substâncialmente NaOH e aditivos para reduzir a tensão superficial e precisam ser aquecidos a pelo menos 70°C a fim de permitir um processo de limpeza. Com o deter- gente e desinfetante de acordo com a invenção é possível também obter a esterilização desejada à temperatura ambiente, o que reduz a maquinaria requerida e os custos. As garrafas são meramente pulverizadas com uma mistura de pós de acordo com a invenção que é dissolvida em água ou com os dois componentes NaOH /tripolifosfato de potássio e peroxodissulfa- to/permanganato que encontram-se presentes na forma líquida. Seguido de um tempo de exposição que pode ser facilmente otimizado devido à mudan- ça de cor, as garrafas esterilizadas são pulverizadas com água. Exemplo 3:

Depósitos inorgânicos em plantas de processamento de batatas ou vegetais ou cervejarias são usualmente difíceis de dissolver porque eles se constituem de uma mistura de sais que não podem ser bem dissolvidos com ácidos minerais ou em soluções alcalinas. Eles consistem em oxalatos de potássio, fosfatos de amônio e magnésio ou silicatos. O detergente e de- sinfetante de acordo com a invenção permite a remoção quase livre de resí- duos de tais precipitações. É produzida uma solução aquosa com aproxima- damente 10% com a receita de acordo com a invenção e as superfícies a serem limpas são tratadas com a mesma. Seguido de um tempo de exposi- ção de menos de uma hora os depósitos podem ser facilmente enxaguados com água.

Claims (23)

1. Composição detergente e desinfetante contendo permangana- to solúvel em água para iniciar a oxidação de substâncias orgânicas, carac- terizada pelo fato de que a composição adicionalmente compreende um a- gente de ajuste de pH em uma quantidade efetiva para prover um meio alca- Iino com um valor de pH de pelo menos 10 e pelo menos um oxidante adi- cional tendo um potencial de oxidação acima daquele do manganês Vll a manganês VI.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um oxidante adicional tem um potencial de oxidação acima daquele de HO2" a OH".

3. Composição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri- zada pelo fato de que o agente de ajuste de pH está presente em uma quan- tidade efetiva para prover um meio alcalino com um valor de pH de pelo me- nos 12.

4. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um oxidante adicional é peroxodissulfato.

5. Composição, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o peroxodissulfato é peroxodissulfato de sódio.

6. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um oxidante adicional é peroxodifosfato.

7. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um oxidante adicional é periodato.

8. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um oxidante adicional é ozônio.

9. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um oxidante adicional é hipoclorito.

10. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o permanganato é permanganato de potássio.

11. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 10, caracterizada pelo fato de que o agente de ajuste de pH é um hidróxido alcalino.

12. Composição, de acordo com a reivindicação 11, caracteriza- da pelo fato de que o agente de ajuste de pH é NaOH.

13. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 12, caracterizada pelo fato de que a composição adicionalmente compreende pelo menos um polifosfato resistente à oxidação como um es- tabilizador de dureza.

14. Composição, de acordo com a reivindicação 13, caracteriza- da pelo fato de que o polifosfato é tripolifosfato de potássio.

15. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 14, caracterizada pelo fato de que compreende: .50-70% de NaOH; .20 - 35% de tripolifosfato de potássio; .10-20% de Na2S2O8; e pelo menos 0,01% de KMnO4.

16. Composição, de acordo com a reivindicação 15, caracteriza- da pelo fato de que compreende 58% de NaOH.

17. Composição, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, carac- terizada pelo fato de que compreende 27% de tripolifosfato de potássio.

18. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 15 a 17, caracterizada pelo fato de que compreende 15% de Na2S2Os.

19. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 18, caracterizada pelo fato de que está na forma de pó.

20. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 14, caracterizada pelo fato de que compreende:20-35% de KOH a 50%; .5 - 25% de tripolifosfato de potássio a 50%; .25 - 35% de lixívia de hipoclorito; pelo menos 0,01% de KMnO4.

21. Composição, de acordo com a reivindicação 20, caracteriza- da pelo fato de que compreende 28% de KOH.

22. Composição, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, carac- terizada pelo fato de que compreende 15% de tripolifosfato de potássio.

23. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 20 a 22, caracterizada pelo fato de que compreende 30% de lixívia de hipoclorito.