Acqua dura e agenti chelanti: cosa fanno effettivamente GLDA e MGDA al calcio e al magnesio

L'acqua dura non sembra drammatica. Non c'è nessun guasto visibile, nessun guasto improvviso. Fa solo funzionare i prodotti un po 'peggio, ogni singolo giorno. Il detersivo pulisce meno, il vetro esce filmato, il tessuto si sente rigido, la scala si accumula nella macchina. Nessuno incolpa l'acqua. Incolpano il prodotto.

La chimica alla base di questo è semplice, e così è la correzione. Un agente chelante tiene calcio e magnesio in soluzione in modo che il resto della formulazione possa fare il suo lavoro. Questo articolo spiega il meccanismo in termini semplici e come i chelanti biodegradabili GLDA e MGDA si comportano quando l'acqua è veramente dura.

Che cosa è in realtà la durezza dell'acqua

La durezza dell'acqua è una misura di calcio e magnesio disciolti, espressa come equivalente di carbonato di calcio. Le unità comuni sono parti per milione (ppm CaCO3) e gradi tedeschi di durezza (dH), dove 1 dH equivale a circa 17,8 ppm.

Come scala approssimativa: sotto i 60 ppm è morbido, 120-180 ppm è duro, e qualsiasi cosa sopra i 180 ppm conta come molto duro. Parti dell'Inghilterra meridionale funzionano a 200-300 ppm. Gran parte della Germania si trova tra 15 e 25 dH, che è difficile da molto duro. Spagna e Francia meridionale sono simili. I paesi nordici, al contrario, sono per lo più morbidi, motivo per cui le formulazioni sintonizzate per un mercato europeo spesso sottoperformano in un altro.

Cosa succede quando calcio e magnesio si liberano

Nell'acqua dura, i tensioattivi anionici incontrano gli ioni di calcio prima di incontrare lo sporco. Il calcio forma sali insolubili con il tensioattivo e due cose accadono contemporaneamente: il tensioattivo viene consumato prima di poter emulsionare il terreno e il sale insolubile si deposita sul tessuto o sulle superfici. Questo è l'effetto di bucato rigido e ingrigito e la pellicola bianca sulla vetreria.

Il calcio e il magnesio reagiscono anche con carbonato e bicarbonato nell'acqua per formare calcare. All'interno di una lavastoviglie o di un tubo, quella scala si accumula ciclo dopo ciclo. E nella cura personale, l'acqua dura trasforma il sapone in sapone appiccicoso al lime, motivo per cui la pelle si sente tesa dopo il lavaggio in aree dure.

Un agente chelante cambia tutto questo rimuovendo gli ioni metallici dall'equazione prima che una di queste reazioni possa iniziare.

Come funziona la chelazione

Un agente chelante è una molecola con diversi siti di legame disposti attorno a un nucleo. Quando incontra uno ione metallico, i siti di legame si avvolgono attorno al catione e formano una struttura ad anello, trattenendo saldamente il metallo in soluzione. Il metallo non può più reagire con tensioattivi, carbonato o tessuto. Viene efficacemente neutralizzato.

Due punti pratici seguono dal meccanismo. Primo, la chelazione è stechiometrica: una molecola lega uno ione, quindi la dose deve corrispondere alla durezza. Secondo, il pH cambia l'equilibrio. A basso pH, gli ioni idrogeno competono con il metallo per i siti di legame, motivo per cui i chelanti perdono efficienza in condizioni acide. Nella pulizia alcalina, i siti di legame sono liberi e il sequestro funziona al meglio.

[Immagine: ioni di calcio tenuti in una struttura ad anello chelato]

GLDA e MGDA nelle formulazioni dell'acqua dura

Sia GLDA (CAS 51981-21-6) che MGDA (CAS 164462-16-2) sequestrano efficacemente il calcio e il magnesio e sono facilmente biodegradabili secondo i test OCSE 301. La differenza si manifesta quando l'acqua diventa dura e la temperatura diventa alta.

MGDA lega più fortemente il calcio e mantiene questo vantaggio proprio attraverso la gamma alcalina in cui lavora la lavastoviglie. In una lavastoviglie che funziona con acqua da 25 dH a 60 C, MGDA è la scelta affidabile, motivo per cui domina il detersivo per lavastoviglie automatiche in Europa. Tollera anche il calore sostenuto del ciclo di asciugatura senza degradazione.

GLDA non è molto indietro sul calcio e mantiene le sue prestazioni in una finestra di pH molto più ampia, circa da 2 a 14. Ciò lo rende l'opzione migliore in cui un prodotto deve funzionare in tutto, dai disincrostanti acidi ai detergenti per pavimenti alcalini, e la sua eccezionale solubilità si adatta alle formulazioni liquide concentrate.

Per l'acqua molto dura, la risposta onesta è che entrambi funzionano, e la differenza è una questione di grado. I dati di prova di Yuanlian Chemical, il cui laboratorio testa i suoi gradi GLDA e MGDA contro la capacità di sequestro del calcio, mostrano che MGDA mantiene le prestazioni a livelli di durezza in cui GLDA inizia a richiedere una dose leggermente superiore.

Chelatori e costruttori lavorano insieme

I chelatori fanno parte di un sistema di costruzione, non un sostituto del tutto. Altri costruttori lavorano con meccanismi diversi:

                ● Il carbonato di sodio aumenta il pH e fa precipitare il calcio, ma il precipitato può depositarsi come calcare.

                Le zeoliti scambiano sodio per calcio, ma sono insolubili e lente in acqua fredda.

                ● Chelators sequestro, tenendo il metallo in soluzione in modo che nulla depositi a tutti.

La combinazione è ciò che fa funzionare le formulazioni moderne: un chelante per i metalli, un costruttore per il pH e silicati o polimeri per le superfici. Quando un formulatore dice che "hanno sostituito EDTA con GLDA", quello che di solito hanno fatto è riequilibrare l'intero sistema attorno a un sequestrante biodegradabile.

L'ordine di aggiunta è importante anche nella produzione. In un concentrato liquido, l'aggiunta del chelante prima dei tensioattivi consente di dissolverlo completamente ed evita la precipitazione localizzata quando il concentrato viene successivamente diluito. Alcuni formulatori trasportano anche un piccolo eccesso di chelante attraverso lo stoccaggio, poiché l'acqua utilizzata in fabbrica è raramente pura e i metalli possono fuoriuscire dalle tubazioni.

[Immagine: strisce reattive per bucato e lavastoviglie a diversi livelli di durezza dell'acqua]

Dosaggio in pratica

Non esiste una dose universale, ma esiste un punto di partenza affidabile. Per un detergente domestico, il chelante attivo dell '1-3% è tipico dell'acqua da morbida a moderata. Nelle regioni dure, i formulatori lo aumentano al 3-5% e i concentrati di pulizia industriale possono trasportare il 5-10% a seconda del carico metallico.

Il modo corretto per impostare la dose è un test scala di durezza: eseguire la stessa formulazione a 10, 20 e 30 dH, misurare le prestazioni di pulizia, schiuma e deposizione, e lasciare che l'acqua decide. Fornitori come Yuanlian Chemical forniscono indicazioni dosaggio punto di partenza e dati comparativi per i loro gradi GLDA, MGDA e IDS, che accorcia l'esercizio considerevolmente.

Vale la pena conoscere una trappola stagionale. La durezza in molte regioni aumenta durante l'estate man mano che le fonti superficiali si concentrano, quindi una formula sintonizzata a febbraio può sottoperformare in agosto. Ricontrollare la dose due volte l'anno, piuttosto che una volta al momento del lancio, è un'abitudine che si ripaga.

Domande frequenti

Cos'è l'acqua dura?

L'acqua dura contiene calcio e magnesio disciolti, misurati come equivalente di carbonato di calcio in ppm o gradi tedeschi. Sopra circa 120 ppm è considerato duro, e sopra 180 ppm molto duro, con regioni del Regno Unito, Germania, Spagna e Francia che superano regolarmente tali livelli.

Di quanto agente chelante ho bisogno per l'acqua dura?

Per i detergenti domestici, iniziare dall '1-3% di chelante attivo e aumentare fino al 3-5% nelle regioni con acqua dura. I concentrati industriali possono richiedere il 5-10%. Un test di scala di durezza su 10, 20 e 30 dH fornisce una risposta basata sui dati più velocemente delle congetture.

GLDA o MGDA funzionano meglio in acqua dura?

MGDA lega più fortemente il calcio ad alto pH e ad alta temperatura, rendendolo la prima scelta per il lavaggio in lavatrice in acqua dura. GLDA copre una gamma di pH più ampia e si adatta a formulazioni multiuso e liquide. Entrambi sono alternative facilmente biodegradabili all'EDTA.