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  • DESARROLLANDO EL SISTEMA HLB PARA LA LABOR DE EMULSIFICACIÓN (II)

    (Segunda Parte)

    FUNDAMENTOS PARA LA APLICACIÓN DEL SISTEMA HLB:

    Cuando se mezclan dos o más emulsionantes, el HLB resultante de la mezcla se puede calcular fácilmente. Así, por ejemplo, supongamos que queremos determinar el valor HLB de una mezcla que se compone de 70% de nonilfenol de 10 moles (HLB = 13.3) y 30% de nonilfenol de 4 moles (HLB = 8.9). El cálculo sería:

    Nonilfenol de 10 moles = 70% x 13.3 = 9.30

    Nonilfenol de 4 moles = 30% x 8.90 = 2.70

    HLB de la mezcla = 12.0


    El HLB de un emulsionante o mezcla de estos, es una excelente indicación de lo que el sistema emulsionante hará, esto es, si producirá una emulsión (O/W) o una emulsión (W/O) o, si actuará como solubilizante de algún aceite.

    Cuando se considera una variedad de tipos químicos de emulsionantes y se les clasifica de acuerdo a su estructura, cada clase cubre un rango específico de valores HLB, y la eficiencia de emulsificación de estas clases parece estar relacionada con la estructura química de los materiales a emulsionar.

    Así, se ha encontrado que todo sistema a emulsionar posee un “HLB requerido” para tal fin y, que al seleccionar un sistema emulsionante con el mismo HLB, podremos preparar un fluido estable. Esto, no significa que todo emulsionante o mezcla de estos, que tenga el mismo HLB, trabajará de manera eficiente, sino, que se estimará de vital importancia una selección de emulsionantes que sean compatibles con las de los materiales a emulsionar.

    Por otro lado, no deberá cometerse el error de asumir que, a partir de estos alcances, se deba seleccionar un único emulsionante que tenga el “HLB requerido”. Es recomendable ensayar con mezclas de familias químicas similares que compatibilicen con los componentes que se quieren emulsionar, considerando las variantes operativas que puedan llevar a un cambio inusitado en el “HLB requerido”, es decir: cambios de concentración del sistema a emulsionar, viscosidad y, hasta aún, cambios en la calidad de las materias primas

    MECANISMO DE APLICACIÓN DEL SISTEMA HLB:

    PASO I

    Determinar el “HLB requerido” para el componente o componentes de la fase que se desea emulsionar. Muchas de los aceites, ceras y otros productos que se desean emulsionar reportan valores HLB en sus informaciones técnicas. En el caso que se tenga que emulsionar varios ingredientes, existe un método sencillo para calcular el HLB de la mezcla.

    Así:

    Supongamos que nos encontremos preparando una emulsión O/W que contiene 40% de un aceite de silicona (HLB = 11), 35% de cera de parafina (HLB = 10.0) y 25% de cera de polietileno (HLB = 15.0).

    El HLB de la combinación podrá ser calculado como sigue

    Aceite de silicona = 40% x 11.0 = 4.40

    Cera de parafina = 35% x 10.0 = 3.50

    Cera de polietileno = 25% x 15.0 = 3.70

    HLB para el sistema emulsionante = 11.60


    Si los valores HLB de los ingredientes de la fase oleosa no reportan valores en sus especificaciones técnicas, entonces, tendrá que determinarse el “HLB requerido” mediante un procedimiento experimental de ensayo y error. El sistema HLB provee un método simple que consiste en efectuar una serie de ensayos con mezclas de emulsionantes de HLB conocidos. El valor de HLB del sistema emulsionante que “mejor trabaje”, bajo las condiciones de ensayo, será el “HLB requerido” para los ingredientes seleccionados.

    Así, en el caso de no tenerse datos HLB para los productos especificados anteriormente, podríamos seleccionar una pareja de emulsionantes de HLB conocidos que me permitan emulsionarlos. Por ejemplo, seleccionemos una pareja de emulsionantes conformada por un Alcohol Isotridecílico 12 E.O. (AI 120) y un Alcohol Isotridecílico 6 E.O. (AI 60). Nuestro procedimiento experimental consistirá en efectuar ensayos experimentales con mezclas de AI 120 y AI 60 a partir del AI 120 (HLB=11.2) como único emulsionante y culminando con la evaluación del AI 60 (HLB = 14.5) también, como único emulsionante.

    Así:

    Tabla 3: Procedimiento experimental de ensayo y error
    Nº Ensayo AI 120 AI 60 HLB
    1 100,0% 0,0% 11,20
    2 87,0% 13,0% 11,63
    3 68,0% 32,0% 12,26
    4 48,0% 52,0% 12,92
    5 28,0% 72,0% 13,58
    6 6,0% 94,0% 14,30
    7 0,0% 100,0% 14,50


    Esto permitirá determinar la mezcla que mejor se ajuste a nuestros requerimientos de aplicación y todo conllevaría a determinar que el segundo ensayo (87% AI 120 y 13% AI 60) sería el idóneo al dar un HLB cercano a 11.60 (11.63).

    Considérense las siguientes recomendaciones:

    • Usar un exceso de la mezcla emulsionante: (10-20% en peso de la fase oleosa).
    • En caso de disponerse de productos sólidos; estos deberán ser fundidos antes de ser dispersados.

    PASO II

    Ensayar con diferentes tipos de mezclas de emulsionantes que den el “HLB requerido” que se encontró en el Paso I. Así, habiéndose determinado, para nuestro ejemplo, que el “HLB requerido” es 11.60, nosotros podemos experimentar con otras mezclas emulsionantes tales como una pareja formada por un Nonilfenol 4 E.O. (NF 40) y un Nonilfenol 13 E.O. (NF 130). Ahora: ¿Cuánto de cada uno de estos emulsionantes seleccionados tendrá que utilizarse para obtener un HLB de 11.60?

    Existe un método fácil para calcular que cantidad de un emulsionante (A) deberá añadirse conjuntamente con otro emulsionante (B) a la mezcla para obtener un HLB de X. Así:


    Ecuación 6



    Ecuación 7

    Usando esta fórmula para calcular cuánto de Nonilfenol 4 E.O. (HLB = 8.90) y cuánto de Nonilfenol 13 E.O. (HLB = 14.40) necesitamos para obtener un HLB de 11.60, se tendrá:




    Por lo tanto:

    Composición emulsionante:


    Figura 5: Diagrama esquemático para la aplicación delMétodo HLB

    CONCLUSIONES:

    • El conocer los valores HLB de los ingredientes a emulsionar resulta de vital importancia para la labor de emulsificación. Si no se disponen de estos valores, se deberá recurrir al método de ensayo y error con emulsionantes de HLB conocidos.
    • El método HLB representa una valiosa herramienta que nos permitirá ahorrar tiempo debido a que no necesitaremos ensayar con mezclas emulsionantes que no se ajusten al HLB determinado para los productos que deseamos emulsionar.
    • El método HLB permitirá establecer la relación numérica entre los emulsionantes a usar para una determinada concentración de productos a emulsionar, pero no determinará las cantidades a emplearse de dichos emulsionantes.
    • No considerar este método como absoluto e inefable, dado que, el éxito de su empleo radica en la investigación de la estructura idónea de los surfactantes que se adecuarán a nuestros requerimientos de emulsificación que, a su vez, coincidan con el HLB de la mezcla a emulsionar.

    Ing. Carlos Rodríguez Gandarillas

    Director técnico comercial

    AUXITEX S.A.C.

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