Development of an eco-friendly chocolate stain remover on polyester : a case study using melanoidins as a model molecule

Abstract

Resumo: A poluição da água é uma questão ambiental que ameaça significativamente a saúde humana e os ecossistemas. Algumas das fontes mais comuns de poluição da água incluem resíduos de detergentes, incluindo produtos químicos utilizados na sua formulação que são altamente prejudiciais ao meio ambiente. Levando a um aumento nos investimentos dedicados à investigação destinada a substituir os produtos químicos tóxicos encontrados nos detergentes atuais. Consequentemente, um dos objetivos deste estudo foi a proposta de uma metodologia alternativa que possa auxiliar na busca de produtos químicos ecologicamente amigáveis para serem utilizados como solventes de moléculas que conferem às manchas suas cores características. Este último pode ser usado como tira-manchas em roupas. O princípio central por trás desta metodologia é o uso do modelo termodinâmico preditivo COSMO-SAC, onde propriedades termodinâmicas como a solubilidade de um componente em uma solução podem ser estimadas com base na informação química quântica calculada das moléculas. Isso permite que seja realizada um screening computacional inicial do solvente, onde vários solventes podem ser testados para um soluto específico, diminuindo a quantidade de experimentação em tempo real e a remoção da abordagem de tentativa e erro. Para este trabalho foram escolhidas manchas de chocolate encontradas em poliéster para serem estudadas. Posteriormente, as moléculas alvo da metodologia foram as melanoidinas, com resultados conclusivos obtidos e mais de uma centena de solventes fornecidos como possíveis solventes. Posteriormente foi realizada validação experimental de vinte dos solventes resultantes para autenticar os resultados obtidos, sendo obtidos resultados positivos, comprovando a viabilidade da metodologia. Como o segundo objetivo deste trabalho foi propor uma solução de limpeza para remover o chocolate do poliéster, experimentos subsequentes, incluindo a variação da concentração do solvente, bem como diversas formulações misturando os solventes com outros componentes como detergente comercial e saponina, foram concluídos para obter a formulação com a maior eficácia de limpeza possível. Por fim, após a conclusão de todos os experimentos, o produto de limpeza final proposto foi a mistura ternária eucaliptol-etanol-saponina nas fracções mássicas de (0,6:0,39:0,01). Para ser utilizado na concentração de 1 g/L em água, obtendo desempenhos de limpeza em torno de 80-85% sem redeposição de sujeira no tecido limpo.

Abstract: Water pollution is an environmental issue that significantly threatens human health and ecosystems. Some of the most common sources of water pollution include detergent waste, including chemicals used in their formulation that are highly harmful to the environment. Leading to an increased investment in research, aimed at replacing toxic chemicals found in current detergents. Consequently, one of the objectives of this study was the proposal of an alternative methodology that can assist in the search for ecofriendly chemicals to be used as solvents for molecules that provide stains with their characteristic colors. The latter can be used as a stain remover in laundry. The central principle behind this methodology is the use of the predictive thermodynamic model COSMO-SAC, where thermodynamic properties such as the solubility of a component in a solution can be estimated based on the calculated quantum chemical information of the molecules. This allows for an initial solvent computational screening to be performed, where multiple solvents can be tested for a particular solute, decreasing the amount of real-time experimentation and the removal of the trial-and-error approach. For this work, chocolate stains found in polyester were chosen to be studied. Subsequently, the molecules targeted by the methodology were melanoidins, with conclusive results obtained and more than a hundred solvents provided as possible solvents. Subsequent experimental validation of twenty of the resulting solvents was performed to authenticate the obtained results, with positive outcomes obtained, proving the viability of the methodology. As the second objective of this work was to propose a cleaning solution to remove chocolate from polyester, subsequent experiments, including the variation of concentration of the solvent, as well as several formulations mixing the solvents with other components such as commercial detergent and saponin, were completed to achieve the formulation with the highest cleaning effectiveness possible. Finally, after completing all experiments, the final proposed cleaning product obtained was the ternary mixture made of eucalyptol-ethanol-saponin in mass fraction of (0.6:0.39:0.01). To be used at a concentration of 1 g/L in water, obtaining cleaning performances around 80-85% without redeposition of soil onto the clean fabric.