Hidrotopos: qué son y cómo elegir el mejor

Cuando desarrollamos productos, muchos de los retos a los que nos enfrentamos tienen que ver con la solubilidad. Los productos se separan, se enturbian, se cristalizan o las emulsiones se separan o no quedan completamente traslúcidas.

En muchas ocasiones no es posible ajustar la fórmula simplemente modificando las proporciones entre los componentes. En estos casos, es necesario añadir algún ingrediente que resuelva este problema, que puede ser un solvente como el alcohol o un glicol, por ejemplo. En la gran mayoría de los casos, la mejor opción es utilizar un buen hidrotopo.

Pero, ¿qué es un hidrotopo?

En pocas palabras, son productos capaces de aumentar la solubilidad de los compuestos orgánicos de una mezcla. En este contexto, aumentan la solubilidad de los tensioactivos.

En los mercados de higiene y limpieza o cosméticos, los más utilizados y conocidos son el Xileno Sulfonato de Sodio, el Cumeno Sulfonato de Sodio y el Butilglicol.

Sin embargo, vale la pena considerar que existe una gran diversidad de hidrotopos que presentan una mayor eficiencia. Cada sistema y cada necesidad requerirá un tipo específico de hidrotopo.

En este artículo vamos a ejemplificar algunos casos clásicos de inestabilidad de formulaciones que suelen ser más críticos, con el fin de presentar opciones de hidrotopos muy eficientes que pueden ser sus aliados en la investigación y el desarrollo de productos.

Situación 1: Productos con alta concentración de Ácido Sulfónico

Cuando el producto presenta y necesita una alta concentración de Ácido Sulfónico, es común que se vuelva inestable, turbio y se separe fácilmente. Principalmente si se utiliza Ácido Sulfónico al 96%, que es menos soluble en comparación con el 90%.

Consulte la situación hipotética a continuación:

Consulte la situación hipotética a continuación:

Observe que la Urea fue la que presentó la menor concentración necesaria para alcanzar el punto de turbidez deseado.

En casos de formulaciones de esta naturaleza, la Urea es, en general, la opción más económica. Además de ser la que requiere menor concentración, es, sin duda, la opción más barata.

Observe que, además de mejorar mucho la solubilidad con la mejor relación costo-beneficio, fue la que menos afectó a la viscosidad. Si esto supone una limitación, la Urea sigue teniendo esta ventaja. Si se desea reducir la viscosidad, se puede utilizar una mezcla de dos hidrotopos. La combinación del uso de la Urea con el Butilglicol o el Ampholak YJH 40 puede ser una buena opción.

El hecho de que la Urea tenga un menor impacto en la viscosidad se debe a que es la única de las opciones probadas que tiende a no interferir en la disposición micelar del Ácido Sulfónico, ya que actúa en la solubilidad del sistema, interactuando con el medio, pero sin interactuar con el tensioactivo para convertirse en parte de la micela.

Para este sistema, no hay duda de que la Urea es la mejor opción.

Situación 2: Emulsiones

Otra situación muy común es la corrección de diversas emulsiones. Con un hidrotopo adecuado, es posible transformar emulsiones opacas en microemulsiones. Las microemulsiones generan productos finales muy estables y con aspecto traslúcido.

Para ejemplificar esta situación, considere la formulación hipotética de un desengrasante industrial:

Hemos vuelto a añadir algunas opciones de hidrotopos, pero buscando aumentar el punto de nube a 50 °C.

Tenga en cuenta que, una vez más, los resultados de las pruebas como los hidrotopos más conocidos no son necesariamente los que presentan la mejor eficiencia y relación costo-beneficio.

Por el contrario, se observa que Ethomeen T25 y Ethoquad T25 son excelentes opciones. En este tipo de sistema, es interesante observar que los mejores resultados se obtienen cuando se utilizan hidrotopos con baja actividad iónica, pero con una cadena apolar mayor.

Ethomeen T25 y Ethoquad T25 son aminas grasas etoxiladas que, en comparación con el Xileno Sulfonato de sodio y el Cumeno Sulfonato de Sodio, tienen menor fuerza electrolítica y cadenas más largas. Dado que los electrolitos tienden a desestabilizar las emulsiones, la tendencia es que los hidrotopos de baja fuerza iónica sean más eficaces.

Todos los hidrotopos probados interactúan con las micelas de los tensioactivos de este sistema, formando una micela mixta que, al contener una cabeza polar “mayor”, hace que el sistema micelar sea más soluble, sin que necesariamente pierda su eficacia como emulsionante.

Dado que la cabeza polar del Ethomeen T25 y el Ethoquad T25 proviene de su alto grado de etoxilación, se forma una cabeza polar grande, pero no iónica y, por lo tanto, menos electrolítica.

Por su parte, el Xileno Sulfonato de Sodio y el Cumeno Sulfonato de Sodio tienen cabezas polares grandes, pero electrolíticas. El Butilglicol, en cambio, tiene una cadena carbonada y una cabeza polar muy cortas y, por ello, requiere concentraciones elevadas para regular la solubilidad del medio.

Situación 3: Formulaciones altamente cáusticas

Una situación bastante extrema, pero muy común en productos profesionales, son las formulaciones con concentraciones muy altas de sosa cáustica.

Considere como ejemplo la siguiente formulación:

Son muy pocos los hidrotopos que presentan estabilidad en este tipo de sistema drástico. Obsérvese que, en todas las pruebas realizadas, solo dos hidrotopos fueron capaces de disolverse y ayudar a estabilizar el sistema.

Esta es una condición en la que no encontramos otra opción de hidrotopo mejor que el Ampholak YJH 40, producto fabricado por Nouryon y distribuido por Macler.

Obsérvese que solo el Ampholak YJH 40 y el AG 6206, otro producto fabricado por Nouryon, fueron capaces de estabilizar la fórmula. Aun así, la dosis de Ampholak YJH 40 fue considerablemente menor, lo que supuso una mejor relación coste-beneficio.

En este caso, el Xileno Sulfonato de Sodio y el Cumeno Sulfonato de Sodio no se diluyeron y el Butilglicol acabó comportándose como un aceite debido a la altísima fuerza electrolítica del sistema, como era de esperar.

En general, en sistemas no tan cáusticos, Macler suele resolver los problemas de solubilidad simplemente realizando ajustes entre los componentes o sugiriendo activos alternativos, con el objetivo de mantener o reducir el costo de la fórmula, sin necesidad de añadir hidrotopos, que suelen aumentar los costos.

Puntos a tener en cuenta al elegir el hidrotopo

Aunque algunos hidrotopos pueden presentar un mejor o peor rendimiento en los casos presentados anteriormente, vale la pena aclarar algunos puntos a tener en cuenta a la hora de elegir el hidrotopo adecuado para la funcionalidad deseada en el producto final.

Además de su poder hidrotopo, algunos componentes presentan mayor o menor formación de espuma. Compruebe el volumen y el colapso de la espuma de cada hidrotopo utilizado en las situaciones anteriores:

Otro factor importante a tener en cuenta es el carácter iónico del hidrotopo. Dependiendo de ello, no podrá utilizarse para determinados sistemas. Por este motivo, Ethoquad T25 no se ha probado junto con el Ácido Sulfónico, por ejemplo.

Los productos de carácter catiónico tienden a adherirse a la superficie y, por lo tanto, pueden presentar tanto un beneficio, como agregar características anticorrosivas, o ser una limitación, ya que, dependiendo del sistema, pueden generar una sensación de “tac” en la superficie.

Conclusión con consejos

Para concluir este artículo, echa un vistazo a este resumen con consejos que debes tener en cuenta a la hora de elegir un hidrotopo:

• Es poco probable que los hidrotopos más conocidos y con un precio por kilo más bajo ofrezcan la mejor relación costo-beneficio. Pruebe alternativas con tecnologías adecuadas para cada sistema. Al final de las pruebas, se puede observar que, por lo general, “lo barato sale caro” y las opciones que antes parecían caras son, en realidad, las que aportarán un mayor ahorro.
• En sistemas con alta concentración de Ácido Sulfónico, comience probando la Urea, difícilmente encontrará una mejor relación costo-beneficio. ¡Pero tenga cuidado! En sistemas alcalinos, la Urea se degrada formando amoníaco, que produce un olor desagradable.
• En los sistemas de emulsión, busque hidrotopos de baja conductividad/fuerza electrolítica, como Ethomeen T25 y Ethoquad T25, las aminas grasas etoxiladas que utilizamos en las pruebas presentadas en este artículo.
• En sistemas con mucha causticidad, es decir, con altas concentraciones de Sosa Cáustica, pruebe Ampholak YJH 40. Si desea niveles más bajos de espuma, le sugerimos utilizar AG 6206.
• Independientemente del sistema, no olvides tener en cuenta los niveles de formación de espuma deseados y el impacto de la característica iónica del hidrotopo en el producto final.

Sea cual sea la situación en la que esté trabajando, póngase en contacto con nuestro SmartLab y descubra cómo podemos ayudarle a elegir el mejor hidrotopo para su caso.

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