Como ayuda el Potencial Zeta en las formulaciones de suspensiones y emulsiones

¿Qué es potencial zeta?

El potencial zeta es uno de los parámetros fundamentales que controla la interacción de las partículas en suspensión.

Cuando partículas con carga se aproximan entre ellas, el que se repelen depende del equilibrio entre las fuerzas de atracción  experimentadas en todos los cuerpos, y de las fuerzas de repulsión determinadas por la magnitud del potencial en la capa de deslizamiento. Este es el potencial a una corta distancia de la superficie en dónde las moléculas del dispersante se mueven con respecto a las moléculas en el límite de la superficie.

El potencial zeta es el potencial en la capa de deslizamiento. Las partículas interactúan de acuerdo al potencial en esta capa.

Potencial Zeta como función del pH

El potencial zeta es determinado por la naturaleza de la superficie de la partícula y el medio de dispersión. El pH es a menudo un parámetro importante, y esta gráfica muestra una acción típica del efecto del pH.

En este ejemplo la curva pasa través del potencial zeta en cero, en el eje de las X, y a este punto se le llama punto isoeléctrico. Esto significa que las partículas no experimentan repulsión, por lo que la aglomeración puede ser un efecto a esperarse.

De hecho puede existir cierta atracción cerca de este valor también, y como regla si queremos asegurarnos que exista repulsión entre las partículas, debemos asegurarnos de que el valor de potencial zeta en mayor a +30mV o menor a –30mV.

Esta gráfica nos da la región de inestabilidad en cuanto al pH, en este caso entre pH 4 hasta pH 7.5.

Y las regiones de estabilidad, pH menor a 4 y mayor a 7.5.

Todo esto suena muy bien, pero ¿qué pasa con la gravedad?

En la mayoría de las formulaciones, la fase dispersa tendrá densidad diferente a la del medio, por lo que tenderá a sedimentar. Manteniendo las partículas apartadas sólo reducirá la velocidad del proceso. Si sus partículas dispersas son de densidad diferente a la del medio, siga leyendo>

Para entender como manejar esto, debemos dar un vistazo a dos fuerzas competitivas, la de repulsión y la de atracción.

Esta gráfica muestra la energía de interacción, -KT indica repulsión y KT atracción. R es la distancia entre las partículas, del lado izquierdo las partículas se están tocando. Esta curva azul, es la fuerza de repulsión entre dos partículas y representaría partículas con un potencial zeta alto. A grandes separaciones existe una pequeña interacción. A medida que las partículas se aproximan, la energía de repulsión aumenta. Si las partículas pueden ser aproximadas entre ellas, lo más cerca posible como para vencer la barrera de la energía, las fuerzas de atracción dominarían y causarían que las partículas se junten.  Una vez en este punto de mínima energía primaria, se requeriría mucha energía para separar las partículas.

La curva roja representa únicamente las fuerzas de atracción, y representarían el caso en donde no existe mecanismo de estabilización.  No importando el lugar de las partículas en la dispersión, se irán agregando y caerán en la mínima primaria. La velocidad a la que esto pasa dependerá de la concentración de la muestra y de la velocidad de difusión de la partícula, y será acelerada con la agitación.

La línea verde es la suma de las fuerzas de atracción y repulsión. Note que las fuerzas de repulsión actúan sobre una distancia más grande que la de las fuerzas de atracción.

Este hecho es importante, ya que si reducimos la fuerza de repulsión, reduciendo el potencial zeta, algo inesperado sucede.

La gráfica en la imagen anterior puede ser utilizada para explicar esta observación en las dispersiones de dióxido de titanio.

Variación de la concentración de Calgón
Foto después de dos semanas

Estas ocho botellas, contienen dispersiones de dióxido de titanio en la misma concentración, con concentraciones de calgón, que es el nombre comercial de hexameta fosfato de sodio, que varían desde 0.01% en la izquierda hasta 1.25% en la derecha, y han sido dejadas por dos semanas.

Las dos botellas de la izquierda, han formado un volumen alto de sedimentos. La insuficiente estabilización de carga ha provocado que las partículas se agreguen rápidamente, formando flóculos de baja densidad. Las cuatro botellas de en medio han floculado, pero ahora se han estabilizado, con las partículas paradas en las mínima secundaria.

Las dos botellas de la derecha, tienen una carga lo suficientemente estable que ha prevenido la agregación, pero la gravedad se ha encargado de que las partículas precipiten. El movimiento browniano de las partículas ha provocado que cada partícula vaya a la posición más baja de energía, formando una cama densa que dificultará o hará imposible la re-dispersión.

La lección de esto es que mucha cantidad de dispersante puede ser tan malo como no lo suficiente.

Regresando a la foto de las dispersiones de dióxido de titanio, la distinción principal entre las botellas b y c, y entre la f y g muestra porque las variaciones entre lotes pueden ocurrir sí la formulación esta situada justo en este punto.  Pequeños cambios en la formulación pueden fácilmente desencadenar la floculación o sedimentación.

¿Que hay de mejorar el tiempo de anaquel?

Las formulaciones pueden cambiar en al almacén debido a la hidrólisis, o por el efecto del contenedor utilizado, por ejemplo, los iones de metal pueden disolverse lentamente en una lata, o los gases pueden difundirse a través de una botella de plástico. Si estos efectos son entendidos, entonces el análisis pueden realizarse para encontrar su efecto en el potencial zeta. La formulación entonces, puede ser alterada para resistir cambios debido a estos efectos, o pueden producirse cambios en las condiciones de almacenamiento.

Esto reducirá el consumo de tiempo en pruebas de estabilidad en un gran número de formulaciones, si sólo se concentra en las candidatas.

Proveedores de medición de potencia zeta

A continuación le presentamos a Malvern Instruments, proveedor de medición de potencial zeta:

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Erucamida, aditivo de deslizamiento y antibloqueo en los polímeros

Existe en la actualidad una gran demanda de películas de polipropileno de todo tipo de características: monocapas, multicapas, materiales barrera, materiales para atmósfera controlada, etc. Sus aplicaciones van desde la industria del envasado de productos alimenticios hasta la del envasado y embalaje de forma general.

Estas películas, en sus diferentes formulaciones, aparte de cumplir una serie de requisitos intrínsecos y otros extrínsecos para su preparación, manejo y aplicación y en definitiva de su utilización, tienen que satisfacer dos funciones fundamentales. En primer lugar, que en las cadenas de envasado o embalaje, puedan ser fácilmente manipulados por la maquinaria correspondiente y que no se presenten fenómenos de electrización, adhesión, etc., entre la película y el producto o entre película y película o entre la película y alguna parte de la máquina, etc.

Es decir que presente buenas propiedades de deslizamiento y antibloqueo que se puedan cuantificar. Para ello, durante la fabricación del filme e incorporación a las materias primas se le agregan los aditivos conocidos como de deslizamiento y antibloqueo. Los aditivos de deslizamiento más comúnmente utilizados son las amidas de ácidos grasos de cadena larga. Las amidas utilizadas como agentes de deslizamiento reducen también el bloqueo entre las superficies de las películas.

Como regla general, puede decirse que el mejor agente de deslizamiento no es necesariamente el mejor agente antibloqueo.

La erucamida es uno de estos aditivos de deslizamiento y antibloqueo que está sustituyendo a la oleamida por su mayor punto de fusión y su mayor resistencia al calor

La acroamida o erucamida es una amida primaria, para ser usada en polietileno de baja y alta densidad y de polipropileno; provocando buena estabilidad a la oxidación, baja volatilidad, efecto deslizante, características antibloqueantes. Son efectivas a altas temperaturas con excelente estabilidad térmica, debido a las amidas secundarias que incluye.

Las erucamidas son muy eficaces como agentes deslizantes en películas de poliolefinas y otros polímeros, además tienen aplicaciones antibloqueo y son frecuentemente formuladas con aditivos antibloqueo inorgánicos, tales como talco o sílica, cuando la película presenta aspectos de opacidad mejorando la claridad de la película y las propiedades de deslizamiento.

En la fase de fusión la erucamida es distribuida a través del polímero, cuando el polímero empieza a enfriarse las moléculas de erucamida migran a la superficie y forman una película muy delgada de lubricante, provocando con esto la reducción del coeficiente de fricción entre las superficies y evitando cualquier adhesión entre estas mismas.

La experiencia muestra que la erucamida puede ser fácilmente incorporada al polímero, en la etapa de procesamiento. Un simple mezclado manual antes del procesamiento del polímero; dará normalmente una dispersión aceptable, usando medios mecánicos preferentemente.

Química de Emulsificantes S. de R. L. de C. V. (QDEM), es una empresa dedicada a la fabricación, importación, distribución y comercialización de especialidades químicas. La erucamida, es uno de sus productos destacados. QDEM proporciona a sus clientes servicios de calidad de acuerdo a sus necesidades.

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Aplicaciones del dióxido de cloro

El dióxido de cloro es, junto con el clorito y el clorato, uno de los compuestos de cloro y oxígeno de mejor calidad. Es un gas tóxico de color amarillo-anaranjado, cuyo punto de fusión se encuentra a 59 °C y de ebullición a 9.7 °C. Se descompone muy rápidamente en clorito, cloruro y clorato. Debido a su grado de oxidación y a su bajo nivel de cloración, es considerado uno de los desinfectantes más eficaces y más ecológicos.

De manera general, el dióxido de cloro se usa como agente blanqueador en plantas que manufacturan papel, y en plantas de tratamiento de aguas públicas para hacer el agua segura para beber.

Por mencionar algunas de sus aplicaciones, se enlistan las siguientes:

Desinfección de agua potable

El dióxido de cloro se ha utilizado por años en la desinfección del agua potable. La necesidad se presentó cuando fue descubierto que el cloro y los productos similares formaban algún DPD peligroso (subproductos de la desinfección) como THM (trihalometanos).

Lavado de vegetales

El dióxido de cloro es un producto excelente para el lavado de los vegetales. Tiene la capacidad de matar a esporas, virus y hongos en concentraciones bajas. No afecta gusto, olor o aspecto. Es seguro utilizarlo y cumple con las regulaciones alimenticias. Como por ejemplo:

Tratamiento de torres de refrigeración

La limpieza y la desinfección de torres de refrigeración son esenciales por varias razones: Limpiar las tuberías significa una eficiencia mayor del intercambio de calor, mejorando el tiempo de vida de la bomba y baja el costo de mantenimiento. Sin embargo, la mayoría de la gente desconoce que las torres de refrigeración suponen un riesgo para la salud. Las elevadas temperaturas son ideales para el crecimiento de varios organismos patógenos (como legionella).

Depuradores

Los depuradores son similares en diseño a las torres de refrigeración. La diferencia primaria entre los dos, es que los depuradores son sistemas presurizados, mientras que las torres de refrigeración son sistemas de vacío. El depurador recircula el agua y la rocía a través de la tapa del sistema a la circulación de aire. La función de recircular el agua es absorber olor causado por las especies del aire. El dióxido de cloro agregado al agua recirculada reacciona rápidamente con las especies que causan olor que se han absorbido en el agua.

Prevención y control de la Legionella

En la prevención y el control de la enfermedad de la Legionella causada por microbios, el dióxido de cloro ha tomado un papel importante.

La película biológica en una tubería puede proteger a la Legionella contra la mayoría de los desinfectantes. Una película biológica es una capa de microorganismos contenidos en una matriz (capa del limo), que se forma en superficies en contacto con agua. La incorporación de patógenos en las películas biológicas puede proteger a los patógenos contra concentraciones de los biocidas que matarían o inhibirían de otra manera a esos organismos suspendidos libremente en agua.

Sin embargo, el dióxido de cloro quita la película biológica y mata a las bacterias, esporas y virus, por lo que es considerado uno de los más efectivos biocidas para la Lengionella.

En Industrias Singemex, nos comprometemos a proporcionar a nuestros clientes productos de la mayor calidad apoyados en la investigación y desarrollo constante, contribuyendo al cumplimiento de sus expectativas y necesidades. Ofrecemos el dióxido de cloro para la aplicación en industrias como: automotriz, de limpieza, alimentos, hogar, sector salud, veterinaria, entre otras.

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