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  • Biodescrude Enzimático

    AUXITEX presentó en la EXPOTEXTIL de Lima desarrollada en Octubre último, una conferencia magistral a cargo de su Director de Investigación y Desarrollo Ing. Carlos Rodríguez G., las ventajas económicas y ecológicas de su sistema enzimático para el biodescrude QUIMZYME ECO-FK.

    Los cuadros presentados se muestran acontinuación:

  • TECNOLOGÍAS DEL PROCESO TEXTIL

    EN ESTA PÁGINA PODRA USTED INGRESAR A VARIOS ARTÍCULOS ESPECIALIZADOS

  • 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.

  • DESARROLLANDO EL SISTEMA HLB PARA LA LABOR DE EMULSIFICACIÓN

    El Sistema HLB

    (Primera Parte)

    1.RESUMEN

    La inmensa cantidad de agentes tensoactivos, que con el avance tecnológico actual se cuentan por millares distribuidos en numerosas familias químicas y expendidos por diversas casas comerciales, representa para el usuario un verdadero problema por las múltiples variables que en un momento dado implican la selección de uno o varios en particular para la labor específica de emulsificación.

    Para ayudarnos a ahorrar tiempo en la selección de emulsionantes, se introdujo, allá por la década del 40 del siglo pasado el llamado “Sistema HLB”, el cual nos permite asignar un “número” al material o materiales que se quieren emulsionar y entonces seleccionar un emulsionante o mezcla de emulsionantes que contengan ese mismo número con altísimas probabilidades de lograr una emulsión o sistema de dos fases homogéneo y estable.

    Cuando se habla de emulsiones, se está mencionando uno de los sistemas más complejos y que incluyen un grado de dificultad muy alto por las innumerables alternativas de carácter físico químicas que representan. Por ejemplo:

    o¿Se desea una emulsión de aceite en agua o de agua en aceite?

    o¿Se prefiere tener una estabilidad corta o prolongada?

    o¿Cuáles son sus limitaciones desde el punto de vista de costos?

    o¿Debe ser el emulsionante estable o no a los álcalis, ácidos y a otros electrolitos?

    o¿Son las condiciones de producción (equipos con variables dinámicas y geométricas) adecuadas para una fácil preparación de productos emulsionados?

    De hecho, la respuesta acertada a cada una de estas preguntas descartará de inmediato un número considerable de emulsionantes que no cumplen estos requisitos.

    Sin embargo, la labor de selección del más adecuado será imposible sin la ayuda de un método, que como el HLB, es una respuesta a la simplificación de esta selección.

    El presente artículo les brindará una descripción de uno de los métodos divulgados, desde hace buen tiempo, que mayor claridad otorga para lograr una de las tareas más gratificantes de todo químico, que es la de emulsionar satisfactoriamente los ingredientes que intervienen en su receta, pero que, a su vez, le reportará una serie de consideraciones que tendrá que reevaluar al momento que tenga que presentar al mercado un producto final “satisfactoriamente emulsionado”.


    2.CONCEPTOS PRELIMINARES

    2.1.¿Qué es una emulsión?

    Una emulsión es una mezcla de dos sustancias inmiscibles en la cual una de ellas (la fase dispersa) es dispersada en la otra (la fase continua).

    Las emulsiones normalmente tienen una apariencia turbia debido a que las gotas son típicamente mayores a un micrón (10-6m) y la mayoría de las interfases de ambas fases dispersan la luz que pasa a través de la emulsión.

    Características de las emulsiones:

    oSon inestables

    oNo se forman espontáneamente

    oRequieren de la dotación de energía mediante agitación y/o homogenizadores

    oSon termodinámicamente inestables

    oSe revierten al estado estable de separación de fases.

    La adición de sustancias activas de superficie, conocidas como emulsionantes o surfactantes, mejoran la estabilidad cinética, de tal manera que, una vez que actúan, la emulsión no cambia significativamente durante el almacenaje. Así, podemos encontrar una fase interna (gotas) en una fase externa continua con surfactantes espontáneamente adsorbidos en la interfase de los dos líquidos mutuamente insolubles.

    2.2.¿Es lo mismo decir emulsionante que surfactante?

    Es lo mismo, y he lanzado esta pregunta como subtítulo del artículo debido a que cierta controversia en el uso del término “surfactante” he podido notar en el ambiente técnico textil. El término surfactante se deriva de las palabras “agente activo de superficie” (en el inglés: surface active agent = surfactant). Los surfactantes proveen beneficios considerables en muchos procesos textiles húmedos. Un producto químico activo de superficie es aquel que tiende a acumularse en la superficie o interfase. Una interfase es el área de contacto entre dos sustancias. Cuando la interfase está entre dos sustancias y no en la misma fase, la interfase es usualmente llamada una superficie. Claramente, los procesos químicos que toman lugar en la superficie sólido/líquido entre las fibras textiles y el agua determinan, a menudo, el éxito o el fracaso de los procesos.

    Ejemplos de eventos importantes en los procesos químicos textiles que involucran la interacción de superficies incluyen la humectación, dispersión, emulsificación, la adsorción de químicos y colorantes sobre las fibras, adhesión, vaporización, sublimación, fundición, transferencia de calor, catálisis, espumación, desespumación. Funciones específicas de los agentes activos de superficie incluyen la remoción de suciedad (descrude), humectación, rehumectación, suavizado, retardo de la velocidad de los colorantes, fijación de los colorantes, elaboración de emulsiones, estabilización de dispersiones, coagulación de sólidos suspendidos, elaboración de espumas, prevención de la formación de espuma y desespumación de líquidos.

    2.3.¿Qué es la tensión superficial?

    La tensión superficial de un líquido es una presión interna causada por la atracción entre las moléculas que están debajo de la superficie y aquellas que se encuentran en la superficie del líquido. Esta atracción molecular crea un tirón hacia adentro, o presión interna, el cual tiende a restringir la tendencia del líquido a fluir y a formar una gran interfase con otra sustancia.

    La tensión superficial (o tensión interfacial si la interfase no es una superficie) determina la tendencia de las superficies para establecer contacto con otras. Por lo tanto, la tensión superficial es la superficie de la forma de la gota de un líquido. Si la tensión superficial es alta, las moléculas en el líquido están fuertemente atraídas a otras y no tanto a las del aire circundante. Si la molécula de agua está en contacto con un sólido tal como una tela, su forma se verá afectada por la tensión superficial en la interfase sólido/líquido. Si la tensión superficial en el líquido es menor, la forma de la gota se torna más elipsoidal.

    La siguiente tabla expone algunos valores de tensión superficial para algunas sustancias:

    Sustancia

    Tensión Superficial

    Agua

    73 dinas/cm

    Mercurio

    480 dinas/cm

    Benceno

    28 dinas/cm

    Etanol

    22 dinas/cm

    Tabla 1: Valores de tensión superficial de algunas sustancias

    Debido a su baja tensión superficial, el etanol, fluirá y formará una mayor área de contacto (superficie) con un sólido en comparación al agua. El mercurio, con su elevada tensión superficial, no fluirá sino que se romperá en gotas si se da la oportunidad de que lo haga.

    Los agentes activos de superficie interfieren con la habilidad de las moléculas de una sustancia para interactuar con otras y, por ello, es menor la tensión superficial de la sustancia. Los surfactantes empleados en aplicaciones industriales usualmente causan una dramática disminución de la tensión superficial cuando son usadas en pequeñas concentraciones.

    Químicamente, los surfactantes son moléculas anfipáticas. Esto es, ellos tienen dos diferentes características, una polar y otra no polar, en diferentes partes de la misma molécula. Por lo tanto, una molécula de surfactante tiene tanto características hidrofílicas (con afinidad por el agua) como hidrofóbicas (sin afinidad por el agua). Simbólicamente, una molécula de surfactante puede ser representada como que tiene una “cabeza polar” una “cola no polar” como se muestra en la Figura 1.

    Figura 1: Ilustración de la naturaleza anfipática de un tensoactivo.

    El grupo hidrofóbico en un surfactante para su uso en un medio acuoso es usualmente una cadena hidrocarbonada, pero puede ser también una cadena de fluorcarbonos o siloxanos de determinada longitud. El grupo hidrofílico es polar y puede ser ya sea iónico o no iónico.

    Debido a que las moléculas de surfactantes tienen tanto partes hidrofílicas como hidrofóbicas, el mejor lugar atractivo para ellos en el agua es en la superficie donde las fuerzas de atracción y repulsión se equilibran. Otra forma en la que los surfactantes interactúan para equilibrar las fuerzas naturales atracción y repulsión es mediante la formación de “micelas” (ver Figura 2).

    Las micelas consisten de una región interior de carácter hidrofóbico en donde las colas hidrofóbicas interactúan con otras de su mismo tipo. Esta región hidrofóbica está rodeada por la región hidrofílica en donde las cabezas de las moléculas del surfactante interactúan con el agua.

    Figura 2: Representación esquemática de las moléculas del surfactante en la superficie y micela del surfactante dentro del líquido.

    Las moléculas del surfactante están disociadas a bajas concentraciones en agua. A mayor concentración del surfactante en el agua, las micelas se forman y este punto es denominado “concentración crítica de micela (CMC)”. La tensión superficial del agua sufre una disminución estrepitosa, y la detergencia de la mezcla se incrementa dramáticamente en la CMC.

    2.4.¿Qué es el HLB?

    El HLB de un surfactante es una expresión de su balance Hidrófilo – Lipófilo, es decir, el balance del tamaño y fuerza de los grupos hidrofílicos (afín al agua o polar) y lipofílicos (no afín al agua o no polar) de un surfactante. Todos los surfactantes consisten de una molécula que combina tanto a grupos hidrofílicos como a lipofílicos.

    El HLB de un surfactante o mezcla de surfactantes es una indicación de lo que hará, es decir, si formará una emulsión aceite en agua (O/W; oil/water en el inglés) o una de agua en aceite (W/O; water/oil en el inglés). Expliquemos esto:

    Existen dos tipos básicos de emulsiones previstas por valores HLB. Ellas son como se dijo anteriormente: las emulsiones (O/W) y las (W/O). La fase que se designa primero es la fase discontinua; esto es, la fase que es emulsionada dentro de otra. Al mezclarse las dos fases con un surfactante, éste forma una tercera fase bajo la forma de una película en la interfase de las dos fases. Además, predijo que la fase en la cual el surfactante es más soluble llegaría a ser la fase continua. La fase continua no necesita ser la cantidad predominante del material presente. Existen emulsiones en donde la fase discontinua se compone de un mayor porcentaje en peso que la fase continua. Un simple análisis de dilución de una emulsión con agua, determinará si esta es la fase continua al homogenizar la mezcla.

    Figura 3: Diagrama clásico de los tipos de emulsiones.

    Un surfactante que tenga carácter lipofílico tiene asignado un número bajo HLB (menor a 9.0), y uno que es hidrofílico tiene asignado un alto número HLB (mayor a 11.0). Aquellos que están en el rango de 9.0 – 11.00 tiene un carácter intermedio.

    Figura 4: Diagrama de clasificación funcional de los surfactantes según su número HLB.

    2.5.Algunas fórmulas para el cálculo del HLB?

    El número HLB de un surfactante es calculado de acuerdo a ciertas fórmulas empíricas, y el detalle deductivo de las que se exponen no será abordado en el presente artículo.

    Así:

    El número HLB de un surfactante no iónico perteneciente a la clase de los polioxietilenos se calcula mediante la siguiente fórmula:

    Ecuación 1

    Ejemplo: El polietilenglicol (PEG) tiene un HLB de 20

    El número HLB de un éster de un ácido graso con un alcohol polihídrico como el monoestearato de glicerol, puede ser calculado mediante la siguiente fórmula:

    Ecuación 2

    Donde:

    S = Ìndice de saponificación del éster

    A = Valor ácido del ácido

    Ejemplos: Los polisorbatos tiene un HLB en el rango de 9.6 a 16.7

    Los ésteres de sorbitan un HLB en el rango de 1.8 a 8.6

    Para aquellos materiales en los cuales no es posible obtener los índices de saponificación, como por ejemplo, en la cera de abejas y los derivados de lanolina, el HLB se calcula a partir de la siguiente fórmula:

    Ecuación 3

    Donde:

    E es el porcentaje en peso de la cadena oxietilénica

    P es el porcentaje en peso del grupo alcohol polihídrico (glicerol o sorbitol) en la molécula.

    El sistema HLB ha sido colocado sobre una base más cualitativa por Davies y Riedel, quienes calcularon las contribuciones de grupos al número HLB, de tal manera que el HLB fue calculado a partir de la siguiente fórmula:

    Ecuación 4

    El HLB de una mezcla de surfactantes que contiene una fracción f de un componente A y (1- f) de un componente B, es calculado de la siguiente manera:

    Ecuación 5

    En la segunda parte de este artículo trataremos directamente acerca del “Sistema HLB” en lo que respecta a su aplicación y metodología, esperando que la exposición de ciertos conceptos vitales, brindados en esta primera parte, permita un más claro entendimiento de lo que trataremos posteriormente.

    Atentamente:

    Ing. Carlos Rodríguez Gandarillas

    Director técnico comercial

    AUXITEX S.A.C.

  • POLIGLICOLES: Base química de los antiquiebres

    Los antiquiebres son productos que actúan como lubricantes, previniendo los quiebres o marcas de arrugas que se forman en los procesos húmedos de las fibras celulósicas, lana y sintéticos. El agente antiquiebre es un lubricante de poca espuma o en algunos no espumante para fibras celulósicas y sus mezclas con otras fibras que reduce el rozamiento fibra-fibra y fibra-metal en los procesos de acabado.

    Son productos de ácidos policarbónicos de carácter no iónico, por lo que pueden formularse con todo tipo de colorante. No producen ninguna acción retardante sobre los colorantes o alteraciones de tono en los procesos de teñido, ni desmejoran sus solideces.

    No tienen afinidad por la fibra por ser de carácter no iónico, por lo que puede eliminarse por el lavado fácilmente.

    CARACTERÍSTICAS SOBRESALIENTES

    Disminuye el coeficiente de fricción fibra-fibra y fibra-metal.

    Es muy efectivo en prevenir y reducir la formación de quiebres y rayas durante el desencolado de las prendas.

    No tiene influencia negativa en la estabilidad del baño

    No afecta negativamente a las solideces de la tintura

    La mayoría de ellos están adecuados a todos los procesos de tintura textil: desengrasado, lavado y blanqueo

    PROPIEDADES

    Tiene una apariencia liquida-viscosa, en algunos casos incolora

    Es de naturaleza no iónica.

    Generalmente actúa en un rango de PH entre 6.5-7.5

    Posee una buena estabilidad en medios como en agua dura, ácidos, álcalis y electrolitos.

    ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

    La materia prima base para la fabricación de los diversos líquidos sintéticos, entre los que se encuentran las polialfaolefinas y los poliglicoles, es el etileno, que se obtiene mediante el craqueo del petróleo crudo. Las polialfaolefinas se obtienen mediante la polimerización de la olefina 1-deceno, que a su vez se obtiene mediante la oligomerización del etileno.

    La longitud de la cadena y las ramificaciones de la molécula determinan la viscosidad, el comportamiento de la viscosidad en función de la temperatura y el punto de fluidez crítica del líquido.

    La reacción de etileno y polipropileno con oxígeno produce óxido de etileno (EO) y el óxido de propileno (PO), a partir de los cuales se obtienen polialquilenglicoles mediante polimerización.

    La proporción de mezcla de EO y PO, así como la cantidad de oxígeno fijada en la estructura química, influyen de manera decisiva en el comportamiento de los poliglicoles. Puesto que en la industria se utilizan principalmente con una relación EO:PO entre 50:50 y 60:40, cuyo comportamiento es muy parecido, suelen designarse como poliglicoles solubles en agua o poliglicoles hidrosolubles.

    Sin embargo, la principal causa del especial comportamiento de los poliglicoles es el oxígeno fijado, que les confiere su especial carácter polar. La proporción de mezcla de EO y PO, así como la cantidad de oxígeno fijada en la estructura química, influyen de manera decisiva en el comportamiento del producto.

    La miscibilidad sólo está limitada por la temperatura. A mayor temperatura, la solubilidad disminuye en función de la proporción EO/PO. En el caso de los poliglicoles con una proporción EO:PO de 1:1 esta temperatura se encuentra entre los 60 y los 65 ºC.

    Higroscopicidad

    La capacidad de los poliglicoles para formar un recubrimiento hidrofílico es tan pronunciada que absorben la humedad del aire, es decir, son higroscópicos. Dicha higroscopicidad depende en gran medida del tipo de poliglicol. Mientras que los glicoles de polipropileno pueden absorber un máximo del 3% de agua, en los tipos con relación 1:1 la cantidad aumenta hasta el 10 % a temperatura ambiente con una humedad ambiental del 80 %.

    Sin embargo, la absorción de humedad ambiental está condicionada en gran medida por la humedad relativa del aire, la temperatura, la superficie y el tiempo. En engranajes cerrados es muy difícil alcanzar la concentración de equilibrio citada anteriormente, puesto que la superficie de contacto del aceite es muy reducida en comparación con su volumen. Además, dado que los tiempos de inactividad suelen ser muy breves, este intercambio sólo puede producirse a pequeña escala. Gracias a esta propiedad, se suministran poliglicoles con contenidos en agua de 500 a 2.000 ppm.

    Ing. Marco Antonio Carbajal Gutiérrez
    AUXITEX SAC-Perú

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