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Nitrosoles—Primera Parte

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Los nitrosoles no son flamables por lo que no requieren una casa de gasificación.

Después de 70 años la industria del aerosol cuenta con un nuevo propelente, el nitrógeno el cual es el 78% del aire que respiramos. Aunque desde hace tiempo se conocía la capacidad del nitrógeno como propulsor, recientemente fue que se le consideró con seriedad debido a que presenta dos grandes desventajas: a) Durante la aplicación del aerosol que debe inclinarse o invertir su posición, deja escapar una gran cantidad de gas. b) La presión tiende a disminuir según lo va usando el consumidor.

Pero ahora estos problemas han sido resueltos en gran medida gracias a los desarrollos tecnológicos aplicados a los llamados nitrosoles, los cuales en su mayoría son aerosoles en Bag on Valve (BOV), con pistón y más recientemente aerosoles con compartimentos comunes.

Ejemplo de aerosoles con nitrógeno en el sistema BOV son: crema para afeitar, spray para el cuerpo, bloqueadores solares en aerosol, depiladores, repelentes de insectos, insecticidas, lubricantes para utensilios de cocina, condimento para comida, enjuagues faciales con agua ultrapura.

Aerosoles con compartimento simple: ambientadores y desodorantes ambientales, ceras para muebles, limpiadores de superficies duras (los dos últimos de venta en Europa), spray para lavado de lentes de contacto, repelente de agua para botas, refrescante oral en spray y lubricantes seleccionados.

Esta lista es muy completa pero aún se le puede añadir queso para untar envasado en latas con pistón y limpiadores internos para motor.
Si bien esta tecnología todavía está en “pañales” en los Estados Unidos, en la actualidad ya hay corridas exclusivas con producciones de nitrosoles.

Desventajas

Dado que la inclinación de la lata más allá de la posición horizontal sigue siendo un problema, los desarrolladores prefieren no emplear nitrosoles en productos como limpiadores de baño, debido a que mantiene el dispensador esencialmente en posición vertical durante su uso.

Para un limpiador de baño se prefieren otras tecnologías de envasado como el “Jumbo” que consiste en un tubo de inmersión de gran diámetro o un Spray Anyway (válvula de 360°).

Sin embargo, lo nitrosoles con pistón no se ven afectados por la posición de la lata ya que pueden pulverizar de forma continua desde cualquier ángulo.

La segunda preocupación importante con los nitrosoles es su disminución de manera constante de la presión a medida que son utilizados por el consumidor, para lo cual se han descubierto dos soluciones:

  1. usar una presión alta de gas inicial hasta, aproximadamente, 10.6Kg/cm2 (150 psi) a 21.1°C (70°C); y
  2. emplear la menor cantidad de producto en el dispensador.

Los aerosoles comunes suelen estar llenos alrededor del 85% de la capacidad de lata, los nitrosoles se llenan generalmente alrededor del 55 al 70%. Por ejemplo, un popular ambientador en nitrosol se llena aproximadamente al 56% en un envase de aluminio DOT 2Q con forma (shaped) y con un diámetro nominal de 59 mm.

La presión inicial combinada con el volumen reducido del producto rinde los mejores resultados. Aunque a veces puede resultar el uso de presiones inusualmente altas de gas inicial junto con volúmenes de llenado de 60 a 70%.

Hay que mencionar que los nitrosoles con BOV presentan dos desventajas: si el aerosol se inclina en gran medida o se coloca de forma invertida durante su uso, una gran parte del gas puede ser emitido través de la válvula lo suficiente para evitar una buena pulverización. Por otra parte, la presión restante no podrá ser suficiente para que el consumidor vacíe el depósito. Para minimizar este problema se aconseja alinear el actuador a la curvatura del tubo de inmersión.

Una desventaja más son las medidas especiales de los nitrosoles, por ejemplo, el firme ajuste de accionamiento alrededor de la copa de la válvula, lo cual hace realmente difícil para un consumidor girar el dispensador fuera de la alineación.

Otras desventajas menores de los nitrosoles:

  1. Pérdida de propelente mediante la inversión de la lata.
  2. Requiere de un actuador mecánico de ruptura (MBU).
  3. Produce un spray bastante grueso.
  4. La capacidad de la bomba disminuye ligeramente a medida que se emplea el producto.
  5. El gas tiene una ligera solubilidad en los productos.
  6. Llega a causar espuma no deseada.
  7. La presión puede cambiar (fraccionar) el concentrado.
  8. En control de calidad basándose en el peso del gas es insignificante, por lo que requiere de una prueba de presión.
  9. Pequeñas fugas pueden ser perjudiciales, debido al poco nitrógeno en el envase. (Después del helio, el nitrógeno es la molécula más pequeña.)
  10. No se recomienda su almacenamiento a granel, por lo que se debe emplear cilindros.

Espumas para afeitar, ambientadores y alimentos son algunos de los productos que se envasan empleando gas nitrógeno.

Ventajas

Para los vendedores hay ventajas cuando se trata de nitrosoles. En los Estados Unidos las regulaciones sobre los Compuestos Volátiles Orgánicos (CVOs/ Volatile Organic Compounds/ VOCs) son más graves para algunos productos, lo que ha empujado a la industria a sustituir propulsores líquidos con nitrógeno o aire comprimido.

Otros puntos que apoyan su venta es que su producción es de bajo costo, emplea máquinas gasificadoras UTC y TTV las cuales aplican un ligero exceso de presión para compensar la muy pequeña solubilidad del gas en los productos. Aunado, no se necesita tanques a granel o casa de gasificación.

A continuación se señalan ocho ventajas principales de los nitrosoles:

  1. El nitrógeno es totalmente eco-compatible (es el 78% del aire)
  2. No son flamables y no producen CVOs
  3. El nitrógeno es completamente inerte, por lo que ningún producto en aerosol con este gas hará daño a la salud.
  4. Típicamente se emplea de 0 a 0.6% de nitrógeno en la formulación y así más producto es liberado.
  5. Se puede llenar el nitrosol con máquinas UTC y TTV en línea o gaseras rotativas con agitadores. Se aconseja UTC para producciones con BOV.
  6. La presión aumenta solo ligeramente cuando se calienta, según lo demuestra la Ley de Charles.
  7. El costo del propelente es casi insignificante
  8. El spray son casi silenciosos y no afectan animales domésticos ni de granja.

Es importante señalar que las máquinas han sido diseñadas para orientar a los actuadores especiales en la curva de la parte superior de la copa de montaje antes de presionar en su lugar. Este proceso cuando se hace a mano es muy lento y difícil y no permite que la producción se realice a altas velocidades.

Los nitrosoles en BOV generalmente se presurizan aproximadamente a 5kg/cm. (con un calibre de 71 psi). Sin embargo la presión y el volumen de llenado deben ser optimizados para cada producto en nitrosol, la cual debe ser una decisión subjetiva para cada productor.

Debido a la poca cantidad de propelente empleado en las formulaciones, el gas añadido en la producción debe ser controlado por la presión y no por el aumento del peso.

Los chequeos estadísticos pueden realizarse usando conjuntos pre-presurizados de manómetros; otros menos exactos se hacen al revisar el peso de las latas mediante una máquina de deflexión.

Para evitar fugas significativas de nitrógeno o de aire comprimido a largo plazo, es recomendable que la taza de la válvula esté provista de una junta de buna con un espesor 1.00 mm., también se necesitan buenos rizos apretados. Todo lo anterior es especialmente importante para latas de una y dos piezas.

Presión de los aerosoles

Dado que la presión es un factor clave en el desarrollo del nitrosol, ahora hablaré de esto con cierto detalle. Los científicos han ideado un número de sistemas de medición de la presión, varios de estos datos se enlistas a continuación:

Presión de los nitrosoles
Medición Tipos de BOV Otros tipos
kg/cm2 4.89 8.16
Bars 4.80 8.00
psi-gauge 69.9 112.3
Atmósfera 4.74 7.90
Mercurio (mm en 0°C) 3,600 6,001
K pascales 480 800
Dinas/cm2 0.0000048 0.0000080
Mínimo (bars aproximadamente) 4.00 7.00
Máximo (bars aproximadamente) 6.00 10.00

La unidad de mayor uso en todo el mundo para medir la presión es Km/cm2 sin embargo en los Estados Unidos la norma es psi-gauge. Para los documentos e informes más científicos se emplea a menudo el término KPa ISO (kilo-pascales). Esta es una denotación que a veces es mal entendido por los técnicos de aerosoles. También se utiliza el término “bar” que es igual a 1.33 kg/cm2 por lo que a veces se usan indistintamente.

Puesto que el nitrógeno y el aire comprimido son prácticamente insolubles en agua o líquidos orgánicos, los gases residen casi en su totalidad en el aerosol por lo que pueden dirigirse al espacio según la Ley de Charles.

Cuando se calienta el aerosol en el baño de agua caliente durante la producción, la presión aumenta aproximadamente un 10%. Algunos ejemplos de este fenómeno se muestran a continuación:

Aumento de la presión del nitrosol a una temperatura en un baño de agua caliente a 55.4°C (130°F)
Sistemas Temperaturas
21.1°C 54.4°C
Kg./cm2 4.90 5.56
Psi-calibre 69.6 79.1
Kg./cm2 6.00 6.80
Psi-calibre 85.2 96.5
Kg./cm2 8.16 9.21
Psi-calibre 112.3 126.7
Kg./cm2 4.90 5.56
Psi-calibre 69.6 79.1
Kg./cm2 10.2 11.5
Psi-calibre 145.0 163.1
Kg./cm2 10.6 11.9
Psi-calibre 150.0 168.6

 

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