Principes de la conception des formulations d’agents nettoyants

Avec la croissance rapide de l’économie industrielle de mon pays, le secteur du nettoyage industriel a connu un essor considérable. La performance du nettoyage industriel dépend non seulement du procédé de nettoyage, mais aussi du choix de l’agent nettoyant. Compte tenu de la grande diversité des agents nettoyants disponibles et de l’application de réglementations environnementales de plus en plus strictes, la sélection des matières premières suscite une attention accrue. Cet article se concentre sur le choix des tensioactifs pour les agents nettoyants à base d’eau ; en comparant divers paramètres, il est possible d’identifier le tensioactif le plus adapté à un système donné, afin de répondre aux exigences d’efficacité élevée et de respect de l’environnement.

Comme son nom l’indique, le nettoyage industriel est le processus visant à éliminer les contaminants (salissures) présents à la surface d’un substrat — accumulés par des mécanismes physiques, chimiques ou biologiques — afin de ramener cette surface à son état d’origine. Le nettoyage industriel dépend principalement de trois facteurs : la technologie de nettoyage, les équipements de nettoyage et les agents de nettoyage.
I. Technologies de nettoyage
(1) Nettoyage chimique : Il comprend des méthodes courantes telles que le nettoyage acide, le nettoyage alcalin et le nettoyage par solvants. Ces procédés nécessitent généralement l’utilisation d’équipements de nettoyage associés à des agents détergents. Dans les opérations de nettoyage industriel standard, le nettoyage chimique occupe depuis longtemps une place prépondérante en raison de son faible coût, de sa rapidité et de sa commodité.
(2) Nettoyage physique : Il englobe des méthodes telles que le nettoyage par jet d’eau à haute pression, le nettoyage par agitation à l’air, le nettoyage par ultrasons, le nettoyage par impulsions électriques, le grenaillage, le sablage, le nettoyage à la glace carbonique et le raclage mécanique. Ces procédés reposent principalement sur des équipements de nettoyage utilisant des agents tels que l’eau ou des particules solides. Bien qu’extrêmement efficaces, ces équipements sont souvent coûteux et les frais d’exploitation restent élevés.
(3) Nettoyage biologique : Cette méthode met à profit l’action catalytique des micro-organismes. Elle est fréquemment employée pour le nettoyage des textiles et des canalisations ; toutefois, son champ d’application reste relativement limité en raison des exigences spécifiques liées à l’activité catalytique des enzymes biologiques impliquées. Les agents de nettoyage industriels se classent selon divers critères ; les catégories courantes comprennent les produits à base d’eau, les produits semi‑aqueux et les produits à base de solvants. Avec la montée de la sensibilisation environnementale, les agents de nettoyage à base de solvants sont progressivement abandonnés, tandis que les produits aqueux gagnent une part croissante du marché. Les agents de nettoyage à base d’eau peuvent, quant à eux, être subdivisés selon leur pH en agents alcalins, acides et neutres. Les agents de nettoyage évoluent vers des formulations respectueuses de l’environnement, hautement performantes, économes en énergie et rentables. Cette tendance impose les exigences suivantes : les agents de nettoyage à base d’eau devraient remplacer les produits traditionnels à base de solvants ; leurs formulations doivent être sans phosphore, à faible ou nulle teneur en azote, et exemptes de métaux lourds ou de substances nocives pour l’environnement ; ils doivent s’orienter vers la concentration (afin de réduire les coûts de transport), la multifonctionnalité et la spécialisation ; les conditions d’application doivent être pratiques, idéalement permettant un usage à température ambiante ; enfin, les coûts de production doivent rester faibles afin de minimiser les dépenses pour l’utilisateur final.

II. Principes de la conception des formulations d’agents de nettoyage à base d’eau. Avant de concevoir une formulation, les contaminants sont généralement classés. Les contaminants courants peuvent être regroupés en fonction de la méthode de nettoyage requise :
(1) Contaminants solubles dans des solutions acides, alcalines ou enzymatiques : ceux-ci sont facilement éliminés ; on peut choisir des acides, des bases ou des enzymes spécifiques pour élaborer une solution permettant leur élimination directe. (2) Contaminants hydrosolubles : il s’agit notamment de sels solubles, de sucres et d’amidons ; ils peuvent être dissous et éliminés de la surface du substrat par immersion dans l’eau, par nettoyage ultrasonique ou par pulvérisation.
(3) Contaminants dispersibles dans l’eau : Il s’agit notamment du ciment, du gypse, de la chaux et de la poussière ; ces substances peuvent être mouillées, dispersées et mises en suspension dans l’eau afin d’être éliminées grâce à l’action mécanique des équipements de nettoyage, à l’emploi de dispersants hydrosolubles et d’agents pénétrants.
(4) Solides insolubles dans l’eau : Il s’agit notamment des huiles, des graisses et des cires ; ceux-ci nécessitent une force externe, des additifs et des émulsifiants pour subir, dans des conditions spécifiques, des processus tels que l’émulsification, la saponification et la dispersion, ce qui permet de les détacher de la surface du substrat et de les éliminer sous forme de dispersion. Toutefois, les salissures se présentent rarement à l’état isolé ; elles adhèrent souvent à la surface du substrat ou pénètrent en profondeur sous forme de mélanges complexes. Sous l’action de facteurs externes, elles peuvent donner lieu à des phénomènes de fermentation, de décomposition ou de développement de moisissures, produisant ainsi des contaminants encore plus complexes. Qu’il s’agisse de contaminants réactifs formés par liaison chimique ou de contaminants adhésifs issus d’une liaison physique, le procédé de nettoyage comprend généralement quatre étapes essentielles : la dissolution, le mouillage, l’émulsification/dispersion et la chélation.

III. Approche de la conception des formulations d’agents de nettoyage à base d’eau
1. Sélection du système. Les systèmes d’agents de nettoyage à base d’eau se répartissent en trois catégories : neutres, acides et alcalins. Les nettoyants neutres sont principalement utilisés sur des surfaces sensibles aux acides et aux alcalis ; le processus de nettoyage repose sur une combinaison synergique d’adjuvants nettoyants et de tensioactifs afin d’éliminer les salissures de la surface du substrat.
Le nettoyage acide est généralement utilisé pour éliminer la rouille et les dépôts calcaires sur les métaux. Les options en matière d’additifs dans des conditions acides sont limitées ; le procédé repose principalement sur la réaction de l’acide avec la rouille ou les dépôts afin de détacher les salissures, tandis que les additifs et les tensioactifs émulsifient et dispersent les contaminants ainsi libérés, permettant d’obtenir l’effet de nettoyage souhaité. Parmi les acides couramment employés figurent l’acide nitrique, l’acide chlorhydrique, l’acide sulfurique, l’acide phosphorique, l’acide citrique, l’acide oxalique, l’acide acétique, l’acide méthanesulfonique, l’acide dodécylbenzènesulfonique et l’acide borique. Le nettoyage alcalin est la méthode la plus largement utilisée dans le domaine du nettoyage industriel ; en effet, les alcalis peuvent saponifier les huiles végétales pour former des savons hydrophiles, ce qui leur confère une grande efficacité pour éliminer les salissures grasses.
Les alcalis couramment utilisés comprennent l’hydroxyde de sodium, l’hydroxyde de potassium, le carbonate de sodium, l’ammoniaque aqueuse et les alcanolamines.

2. Sélection des auxiliaires : Dans le domaine du nettoyage industriel, les additifs qui améliorent l’efficacité du nettoyage sont appelés « auxiliaires de nettoyage ». Ils comprennent les agents chélatants et dispersants, les inhibiteurs de corrosion, les antimousses, les biocides et conservateurs, les préparations enzymatiques ainsi que les stabilisateurs de pH. Les additifs couramment utilisés se répartissent principalement en plusieurs catégories : Agents chélatants et dispersants : phosphates (pyrophosphate de sodium, tripolyphosphate de sodium, métaphosphate de sodium, phosphate de sodium, etc.), organophosphonates (ATMP, HEDP, EDTMP, etc.), alcanolamines (triéthanolamine, diéthanolamine, monoéthanolamine, isopropanolamine, etc.), aminocarboxylates (NTA, EDTA, etc.), hydroxycarboxylates (citrates, tartrates, gluconates, etc.), acide polyacrylique et ses dérivés (copolymères maléique‑acrylique), etc. ; Inhibiteurs de corrosion : types formant un film d’oxyde (chromates, nitrites, molybdates, tungstates, borates, etc.), types formant un film par précipitation (phosphates, carbonates, hydroxydes, etc.), types formant un film par adsorption (silicates, amines organiques, acides carboxyliques organiques, sulfonates de pétrole, thiourée, urotropine, imidazoles, thiazoles, benzotriazole, etc.) ;
Antimousses : à base de silicone, de silicone modifié par des polyéthers, sans silicone, etc.

3. Sélection des tensioactifs
Les tensioactifs jouent un rôle essentiel dans le nettoyage industriel ; ils réduisent la tension superficielle du système et améliorent la pénétration du produit, permettant à l’agent nettoyant de s’infiltrer rapidement dans les salissures. Ils servent également à disperser et à émulsionner les huiles et graisses éliminées au cours du processus de nettoyage. Les tensioactifs couramment utilisés se répartissent principalement en plusieurs grandes catégories : Tensioactifs non ioniques : éthoxylates d’alkylphénol (séries NP/OP/TX), éthoxylates d’alcool gras (séries AEO), éthoxylates d’alcool ramifié (séries XL/XP/TO), éthoxylates d’alcool secondaire (série SAEO), éthers polyoxyéthylène‑polyoxypropylène (séries PE/RPE), éthers alkyle‑polyoxyéthylène‑polyoxypropylène, éthers polyoxyéthylène terminés, éthoxylates d’acide gras (EL), éthoxylates d’amines grasses (AC), éthoxylates de diol acétylénique, polyglycosides d’alkyle, etc. Tensioactifs anioniques : sulfonates (sulfonates d’alkylbenzène/LAS, sulfonates d’alpha‑oléfine/AOS, sulfonates d’alkyle/SAS, sulfonates de succinate/OT, sulfonates d’esters d’acide gras/MES, etc.), sulfates (K12, AES, etc.), phosphates (phosphates d’alkyle, phosphates d’éthoxylates d’alcool gras, phosphates d’éthoxylates d’alkylphénol, etc.), carboxylates (sels d’acide gras, etc.). Tensioactifs cationiques : sels d’ammonium quaternaires (1631, 1231, etc.). Tensioactifs zwitterioniques : bétaïnes (BS, CAB, etc.), aminoacides ; oxydes d’amines (OB, etc.), imidazolines.

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