Produits lessiviels - Principe

Il s’agit de produits dispersés dans l’eau sous forme d’émulsions, ou parfois de solutions, mais toujours à des concentrations déterminées plus ou moins élevées en fonction du pouvoir détergent (concentration moyenne de l’ordre 5%). Pour différentes raisons, en particulier concernant les risques vis-à-vis de la santé et de l’environnement, la tendance actuelle consiste, si possible, au remplacement des solvants organiques par ces types de produits.
Les produits lessiviels permettent d’éliminer les contaminants présents sur l’interface métallique par des phénomènes physicochimiques telles que :

Le mouillage de la surface
Le déplacement des contaminants
La division et la dispersion des particules

Les formulations de produits lessiviels sont relativement complexes, elles incorporent divers constituants comme :

des tensioactifs avec les caractéristiques suivantes : pouvoir mouillant en abaissant les tensions interfaciales, pouvoir émulsionnant en provoquant l’enlèvement des contaminants et sa mise en solution, pouvoir dispersant pour s’opposer au dépôt du contaminant sur les pièces
des éléments d’obtention d’un pH donné qui conditionne la bonne élimination des salissures en modifiant leur composition (par exemple la saponification des graisses en sels alcalins solubles dans l’eau et éliminés au rinçage)
des agents complexants ou séquestrants permettant notamment de diminuer les réactions de précipitation des ions calcium et magnésium présents dans les eaux de dilution de dureté élevée
des inhibiteurs de corrosion pour ralentir, voire arrêter la corrosion
des agents épaississant, anti-mousse et autres éléments destinés à améliorer l’action mécanique ou à solubiliser les contaminants fortement adhérents

Les formulations évoluent actuellement pour favoriser la biodégradabilité des constituants en vue de diminuer le coût des rejets dans l’environnement naturel.
Ces produits sont formulés :

soit pour émulsionner les contaminants huileux
soit pour ne pas les émulsionner et faciliter le "relargage" des huiles à la surface récupérées à l’aide de déshuileurs ou d'écrémeurs

Il faut tenir en compte des caractéristiques de l’eau utilisé : les eaux douces favorisent le moussage, les eaux dures favorisent les dépôts savonneux (réactions des sels de calcium avec les émulgateurs)

Principe

Un dégraissage chimique en phase aqueuse mettra en jeu plusieurs mécanismes dont le rôle consistera :

A séparer l’interface huile-surface métallique en modifiant les énergies d’interactions et donc l’affinité de la macromolécule pour la surface
A solubiliser les contaminants organiques et à les émulsionner en évitant leur re-déposition ultérieure sur la surface traitée

Le mécanisme de dégraissage est constitué de 4 étapes qui sont :

I- La détergence.

On peut distinguer deux étapes dans le processus de détergence :

Le décollement des salissures

En fonction de leur composition, les liquides possèdent des tensions superficielles très différentes (l’eau a une tension superficielle voisine de 70 mN/m alors que les corps gras ou les huiles insaponifiables présentent des tensions variables entre 20 et 40 mN/m).

Les tensioactifs ont pour objectif de migrer vers l’interface contaminant-surface métallique, et à diminuer les tensions interfaciales. Ainsi, ils permettent une plus grande mouillabilité des surfaces métalliques par l’eau et favorisent par conséquent le décollement des contaminants organiques. Le tensioactif est composé d'une extrémité hydrophile et d'une autre hydrophobe. L’extrémité hydrophobe du tensioactif se fixe donc facilement sur les graisses, l’autre restant en contact avec l’eau de la solution.

L’émulsification

La présence des deux pôles hydrophile et lipophile sur la même molécule émulsifiante va permettre la formation d’agglomérats appelés micelles. Les huiles seront alors dispersées dans la solution détergente sous forme de fines gouttelettes, et afin d’obtenir un mélange stable de l’huile dans l’eau du type émulsion.

Élimination des huiles et des graisses d’un substrat (Source : Guide APESA/ CETIM : Dégraissage lessiviel)

(1, 2, 3 : Emulsion de l’huile ou de la graisse en formant une micelle stable, 3 : La lessive émulsionne, 4 : Micelle temporaire,
5 : La lessive relargue, 6 : Tensioactifs à la frontière de l’interface eau/air; 7 : Tensioactifs non utilisés et 8 : Tensioactifs libres dans la solution)

II- La Saponification.

Celle-ci est une réaction lente, exothermique et totale, spécifique des corps gras. Au cours de cette réaction, des corps gras sont hydrolysés en milieu alcalin par une base, généralement de la potasse ou de la soude, sous température élevée qui sert à accélérer la réaction de saponification.

L’hydrolyse de corps gras produit du glycérol et un sel d’acide gras. Ces composés seront par la suite éliminés lors des opérations de rinçage.

III- La dissolution.

Cette action correspond à la solubilisation complète d’un composé dans une phase liquide.

IV- La chélation.

La chélation est un processus physico-chimique de formation d’un complexe. Un complexe est une structure polyatomique constitué d'un cation central (le plus souvent métallique) entouré de plusieurs ligands qui sont des molécules ou des ions qui délocalisent une partie de leur densité électronique sur le cation, formant ainsi des liaisons chimiques avec celui-ci. Ce sont donc des structures particulièrement stables.

Dans le dégraissage lessiviel, la chélation appelée séquestration est une étape importante pour soustraire les éléments métalliques du milieu.

Les particularités recherchées et à adapter aux problématiques de dégraissage peuvent être résumées de la manière suivante :

Solubilité dans l’eau
Pouvoir émulsifiant ou relargant, antiredéposition
Réserve d’alcalinité pour le maintien du pH constant
Pouvoir moussant
Pouvoir drainant (rinçabilité)
Respect des surfaces traitées
Traitement aisé des effluents
Faible toxicité vis-à-vis de l’homme et de l’environnement
Coût de fonctionnement

L’efficacité du nettoyage en solution aqueuse dépend de l’association des quatre facteurs très importants :

L’action chimique. Ce facteur constitue la base du procédé de nettoyage. En effet, l’action chimique de la lessive est directement liée à sa formulation. La solution utilisée doit être adaptée d’une part au type de salissures à éliminer et aux matériaux à dégraisser et d’autre part à l’équipement employé.
La température. Elle joue un rôle très important et varie suivant les procédés. Elle est souvent comprise entre 40 et 80°C. Elle exerce peu d’influence sur le mouillage mais son augmentation améliore l’adsorption des tensioactifs aux interfaces, accélère la cinétique des réactions chimiques et facilite l’action séquestrante de certains additifs
L’agitation mécanique. Elle a une action primordiale pour détacher les contaminants présents à la surface du substrat.
La durée du nettoyage. Il s’agit du temps contact entre le substrat et la solution de nettoyage. Une durée de nettoyage trop longue ne n’améliora pas forcement la qualité du dégraissage mais pourra favoriser la corrosion des pièces métalliques.