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EMULSIONES DE
PARAFINAING. JUAN IGNACIO LANDA GARZA
RESPONSABLE DE CALIDAD
GUSTAVO BARBIERI
GERENCIA COMERCIAL
¿QUÉ ES UNA EMULSIÓN?
La emulsión es un sistema de 2 fases que consta de dos
líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles, uno de los cuales
es dispersado en el otro en forma de glóbulos.
La dispersión es un sistema de dos fases muy semejante a la
emulsión, cuya fase dispersa es un sólido.
La fase dispersa, discontinua o interna es el líquido
desintegrado en glóbulos o partículas. El líquido circundante es
la fase continua o externa.
Las emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables
COMPONENTES DE UNA EMULSIÓN
Glóbulos o partículas dispersas (fase discontinua
o interna)
Agente dispersante (fase continua o externa)
Agente emulsivo
Aditivos especiales
TIPOS DE EMULSIONES
Las emulsiones pueden pertenecer a cualquiera de los dos tipos siguientes:
aceite en agua (o/w) o agua en aceite (w/o).
El diámetro de las partículas dispersas en las emulsiones varía entre 0,1 y 10 µm ,
pero algunas veces pueden llegar a ser tan pequeñas como 0,01 µm y tan
grandes como de 50 a 100 µm.
La emulsificación y estabilización de una mezcla de líquidos inmiscibles
depende de:
Factores fisicoquímicos
Balance hidrofílico-lipofílico del emulgente
Relación de volumen existente entre las dos fases
Tamaño y distribución de las partículas dispersas
FASE DISCONTINUA O INTERNA
AGENTE HIDROFUGANTE
Definición: son todas aquellas sustancias las cuales no tienen interacción con
el agua, generando una barrera entre el agua (en cualquiera de sus estados)
y el sustrato a proteger.
Este comportamiento se encuentra relacionada con la polaridad química de
las sustancias, propiedad conectada con la separación de las cargas
eléctricas moleculares.
Existen sustancias polares (agua, ClNa, etc) y no polares (parafinas, benceno,
acetona, hidrocarburos en general, etc).
Existen además moléculas anfipáticas, o sea que poseen regiones con
comportamiento polar (hidrofílica) y otras con comportamiento no polar
(hidrofóbica). Ej: tensioactivos
AGENTE HIDROFUGANTE
Tipos:
1. Minerales: parafinas, ozoquerita, montana.
2. Animales: mamíferos, insectos, etc.
3. Vegetales: carnauba, candelilla, etc.
4. Síntesis Química: Fischer Tropsch, ceras polietilénicas.
Las parafinas minerales ozoquerita y montana están compuestas por
hidrocarburos alcanos en su mayoría.
Las animales y vegetales están compuestos por ésteres de ácidos grasos,
alcoholes, cetonas, ácidos carboxílicos y cantidades minoritarias de
hidrocarburos. En la industria se las conoce con el nombre de ceras.
AGENTE HIDROFUGANTE
Parafina de petróleo (a partir de ahora solo parafinas) es el nombre común de
una mezcla de hidrocarburos alcanos saturados de fórmula general CnH2n+2,
donde n es el número de átomos de carbono.
Las formas sólidas de los alcanos son las parafinas, llamadas ceras de parafina,
que provienen de las moléculas más pesadas C20 a C65.
Las parafinas a temperatura ambiente se encuentran en estado sólido y poseen
una estructura interna de naturaleza cristalina.
Existen dos tipos definidos de parafinas: las macrocristalinas y las
microcristalinas, y uno intermedio llamado semimicrocristalino.
El nombre deriva del latín parum (= apenas) + affinis aquí utilizado con el significado
de "falta de afinidad", o "falta de reactividad".
ORIGEN DE LAS PARAFINAS
Las parafinas son un coproducto de la fabricación de lubricantes.
La materia prima para la obtención de los aceites base lubricantes son el
crudo reducido obtenido como fondo o residuo de la destilación atmosférica
AGENTE HIDROFUGANTELa nomenclatura de las parafinas es muy variada porque se hace en función
de diferentes propiedades:
Origen
Naturaleza cristalina (grado de cristalinidad, dependiente de los HC
presentes)
Contenido de aceite (dependiente del origen y grado de desaceitado)
Grado de refino (dependiente, para un mismo contenido de aceite del
proceso de refinación final)
AGENTE HIDROFUGANTE
Las parafinas forman largas cadenas moleculares, las cuales son más o menos
flexibles y móviles, estableciendo una un red que se caracteriza por presentar
variaciones en sus dimensiones y orientación.
Estas variaciones observadas, determinan que su estructura no sea
perfectamente cristalina, que consiste en la repetición de una única unidad
denominada celda.
En la estructura de las parafinas se encontraran regiones donde las cadenas
están más o menos en posiciones paralelas y empaquetadas formando
cristales, acompañadas por regiones amorfas.
Ahora atendiendo al tipo de empaquetamiento o alineación se distinguen:
Parafinas Macrocristalinas (Paraffin Wax), semimicrocristalinas y
microcristalinas.
AGENTE HIDROFUGANTEParafinas Macrocristalinas: su estructura química está compuesta por
cadenas principalmente lineales, denominadas carbonos o parafinas
normales, con ligeras proporciones de cadenas ramificadas (isoparafinas) o
cicloparafinas. Están compuestas por una mezcla de C20 a C40. Proceden
del desparafinado de los aceites ligeros de las unidades de vacío: SP, LN y
MN.
El porcentaje de parafinas normales es de un 60 al 90 %, aumentando a
medida que decrece el peso molecular medio del corte o fracción de vacío
de donde proviene.
Características: pesos moleculares bajos, cristales tipo aguja o en planos,
grandes calores de cristalización, puntos de fusión entre 40 y 70 °C, alta fluidez
y baja viscosidad (menos de 6 cSt a 100°C), duras y frágiles, rígidas, fusión
nítida, no adherentes, exudan el aceite, hidrófobas.
AGENTE HIDROFUGANTE
REGLA GENERAL: A medida que aumenta el intervalo de destilación del corte
del que proceden , las parafinas tendrán:
Mayor número de átomos de carbono
Mayor peso molecular
Mayor punto de fusión
Menor contenido de carbonos normales
En dicho sentido disminuye la tendencia a formar cristales, predominando las
microrcristalino por sobre lo macrocristalino.
ORIGEN DE LAS PARAFINAS SINTÉTICAS
FISCHER TROPSCH (1925)
Gasificación del carbón por oxidación parcial con O2 y vapor de agua a una T=826
°C. El CO se llama gas de síntesis.
En una segunda etapa el gas de síntesis se transforma mediante un proceso
catalítico, Co o Fe sobre sílice, 176 – 376 °C, 15 – 40 bar.
ORIGEN DE LAS PARAFINAS SINTÉTICAS
Las parafinas sintéticas están constituidas por moléculas lineales y ramificadas
(isoparafinas).
Propiedades: hidrófobas, estructura cristalina discreta, compatibles con parafinas de
petróleo.
PROPIEDADES DE LAS PARAFINAS
Las propiedades que van a describirse son la consecuencia natural de la
composición química de las parafinas y de sus pesos moleculares e intervalos
de destilación.
Se van a separar en tres grupos diferentes:
Propiedades Físicas
Propiedades Funcionales
Propiedades Químicas
El primer grupo corresponde a las que habitualmente se recogen en las
especificaciones de producción y se utilizan para clasificar e identificar los
distintos tipos de productos.
PROPIEDADES DE LAS PARAFINAS:
Propiedades Físicas
El modo de identificar a las parafinas para su posterior uso se realiza mediante
la determinación de los siguientes parámetros:
1. Punto de fusión
2. Punto de congelamiento
3. Viscosidad: cinemática [cSt] o dinámica [cp]
4. Contenido de aceite
5. Valor de Penetración
6. Contenido de c-normales
APLICACIONES DE LAS PARAFINAS VELAS
INDUSTRIA ALIMENTICIA: recubrimiento de quesos, chicles, etc.
INDUSTRIA DEL PAPEL Y CARTÓN: papeles, cartón corrugado, recub. de cajas.
INDUSTRIA TEXTIL: rodillos anti estática.
FABRICACIÓN DE FÓSFOROS: retardantes de quemado o mejoradores de llama
INDUSTRIA DE ADHESIVOS O HOT MELTS
VASELINAS
EMULSIONES PARA TABLEROS: como hidrofugante
PROTECCIÓN DEL CAUCHO: como antioxidante y antiozonante
INDUSTRIA FARMACÉUTICA, BIOLÓGICA, ODONTOLÓGICA
INDUSTRIA DE LOS EXPLOSIVOS, AGROQUÍMICOS
DESMOLDANTES, POMADAS, PULIMENTOS, RECUBRIMIENTOS ANTICORROSIVOS
IND. DE LA CONSTRUCCIÓN: RETARDANTE DE FRAGUADO
ETC.
PARAFINAS PARA TABLEROS
Las parafinas utilizadas en la formulación de emulsiones para tableros se
seleccionan de acuerdo a las especificaciones de absorción e hinchamiento
que posee cada cliente.
Las materias primas que se utilizan corresponden a:
Parafinas Macrocristalinas
Slack wax provenientes del desparafinado de cortes livianos de vació
Los parámetros sobre los cuales se seleccionan cada una de estas materias
primas son:
Punto de fusión o congelamiento (52-60 °C en parafinas, 44 a 52 °C SW)
Contenido de parafinas normales o lineales
Contenido de aceite (0,5 a 1,5% en parafinas, 10 a 40% en SW)
CONTENIDO DE PARAFINAS LINEALESEl método ASTM D 5442, cubre la determinación cuantitativa de la distribución
del número de carbonos de ceras de petróleo en el rango de n-C17 hasta n-
C44 por cromatografía gaseosa (GC) utilizando un estándar interno.
Adicionalmente el contenido de normal y no normal parafinas son
determinados. Elementos con número de carbonos mayores a n-C44 son
determinados por la diferencia de 100% masa y reportado como C45.
Este método es aplicable a ceras derivadas de petróleo, incluyendo mezclas
de ceras.
CONTENIDO DE PARAFINAS LINEALES
Existen estudios en los cuales se ha determinado cual es la zona de parafinas
lineales con mayor influencia en la impermeabilización de tableros
La técnica ADSA es un método conveniente para medir la capacidad de
impermeabilización de la cera de parafina de una manera comparativa
sobre un sustrato de madera por medio de la medición de ángulo de
contacto.
La medición del ángulo contacto de la interfase vapor-agua-sólido formada
por una gota de agua sobre el sustrato de madera cubierto con parafina con
una densidad de la superficie de parafina de 0.3 g/m2 indica la capacidad
de impermeabilización intrínseca de las cera de parafina.
CONTENIDO DE PARAFINAS LINEALES
CONTENIDO DE PARAFINAS LINEALES
CONTENIDO DE PARAFINAS LINEALES
ENSAYO EMULWAX 33783(FT) La prueba se realizó en línea MDF con un producto 3 mm (delgado) de
eucaliptus. Este producto es el más crítico en cuanto a mantener las
propiedades de hinchamiento y por ende de mayor consumo unitario de
emulsiones. Si la emulsión funciona satisfactoriamente en este producto se
deduce que su comportamiento para el resto de los productos es óptimo.
La prueba se comienza con la dosis de receta y si los resultados de absorción e
hinchamiento lo permiten se reduce dosis. De esta manera no se generan
productos fuera de especificación.
Producto: 3 mm std Euca (70 % fibra euca)
Densidad media: 850 Kg/m3
Velocidad prensado: 534 mm/seg
ENSAYO EMULWAX 33783 vs FT PDP WAX
Para igual dosis de emulsión el comportamiento en las propiedades es similar. Se
observa un leve aumento en absorción a 2hs. En todos los casos en el ensayo a 24
hs principalmente los de absorción superan el límite admitido.
Concluye diciendo:
No se observaron problemas operativos durante las pruebas realizadas.
Para lograr mayor eficiencia es necesario subir dosis.
No se logran los objetivos planteados para la prueba.
TAMAÑO DE PARTÍCULA VS PRESIÓN
Se formularon emulsiones de parafina a distintas presiones de
homogenización con el objeto de analizar su efecto en la distribución de
tamaños de partículas.
Se realizó en principio una premezcla a 900 rpm y 90ºC, y luego fue separada
en 4 fracciones de 10 litros cada una. Cada fracción fue luego
homogenizada 100, 150, 200 y 250 kg/cm2.
TAMAÑO DE PARTÍCULA VS PRESIÓN
CONCLUSIONES
Los análisis realizados demostraron el efecto de la presión de trabajo en la
distribución del tamaño de partículas y en la viscosidad resultante de la
emulsión. El aumento de presión de trabajo determina menores diámetros
de partículas con un aumento de la viscosidad. La totalidad de las
emulsiones obtenidas poseen valores de viscosidad adecuados para su
manejo y almacenamiento.
Respecto al objetivo del estudio, sería importante demostrar este efecto
del tamaño de partícula en la absorción e hinchamiento del tablero
producido.
TAMAÑO DE PARTÍCULA VS PRESIÓN
En la siguiente tabla se comparan los resultados obtenidos usando la
emulsión 33783 de PDPWAX y otra a doble presión.
FORMACIÓN Y ESTABILIDAD:
FACTORES QUE INFLUYENFactores que afectan la morfología y reología de una emulsión
Formulación fisicoquímica del sistema: es el factor de mayor influencia
sobre el resultado final de una emulsión. En ella se incluye, la naturaleza
del agente emulsionante y su afinidad prevaleciente, la naturaleza de la
fase acuosa y oleica. Existen varios parámetros para caracterizar el
comportamiento de los surfactantes, entre los más conocidos y aceptados
se encuentran el balance hidrofílico-Lipofílico (HLB).
Las variables de composición: Este factor involucra las cantidades relativas
de agua y parafina o slack wax, además de la concentración del
tensioactivo.
Protocolo y condiciones de emulsificación: los factores que influyen son el
tiempo e intensidad del proceso de mezclado, la temperatura, el orden de
adición de los componentes de la emulsión, el equipo empleado para la
obtención de la emulsión (homegenizador) y la presión de trabajo.
Además influyen las temperaturas de entrada y salida al sistema de
enfriamiento una vez elaborada la emulsión.
ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONES
MUCHAS GRACIAS