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Nuevos y Desafiantes PROPELENTES (Parte II)

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Por Montfort A. Johnsen, Autor del Aerosol Handbook y Presidente de Montfort A. Johnsen & Associates, Ltd.
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Segunda entrega del informe acerca de los nuevos y desafiantes propelentes que ya hay en la industria del aerosol.

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En la edición pasada del mes de julio, mencionamos la historia de los propelentes, su peligrosidad al inicio de su creación, así como él por qué se tuvo que cambiar hacia los propelentes de hidrocarburos; en esta ocasión destacamos los alcances que se lograron en una reunión reciente entre la industria y la EPA, acerca de las prohibiciones HFC-134a que fueron consideradas.

En una reunión reciente entre la industria y la EPA, donde el alcance de las prohibiciones HFC-134a fueron consideradas, un presentador de manera privada puntualizó que el Solstice C HFO-1234ze(E) podría ser usado en vez de HFC-134a en el 18,620,300 sellador de llantas automotrices y en el mercado de infladores. En la actualidad consume anualmente cerca de 56,000 libras (25,300 kg.) de HFC-134a, este es el equivalente en índices GWP (Potencial de calentamiento global) a 33,500,000 kg. de CO2. Haciendo una comparación, usando la misma cantidad de Solstice C HFO-1234ze(E) generaría un potencial de calentamiento global equivalente a 152,000 kg. de CO2 < una reducción de 95.5%>.

Un obstáculo con este análisis, es que Solstice HFO-1234ze(E) produce solamente 3.24 bares de presión a 21.1ºC., y mucho menos que esto a temperaturas más bajas: tales como 1.48 bar a 4.4ºC.

El aire restante en la llanta incrementará la presión hasta 1.0 bar. Por consiguiente los autos que tengan una llanta parcial o completamente desinflada y que se encuentren a temperaturas por debajo de los -5 o -10 grados C no podrán inflarse completamente. En los meses de invierno, las temperaturas del Norte de USA pueden bajar hasta los -20 hasta -45 grados C; esto hace que la producción de Solstice C HFI-1234ze(E) no sea útil como un inflador de llantas.

Ante esto, hubo la posibilidad de tener un cierto alivio en el 2013, cuando Rached mostró que Solstice C HFI-1234ze(E) podía formar azeotropos positivos con otros gases y líquidos con altos contenidos de flúor y no saturados (aplicación de la Patente de USA 2013/0255284A1); esto fue elaborado por M. Johnsen en 2015, quien demostró que una mezcla azeotrópica de cerca de 78% de Solstice C HFI-1234ze(E) y 22% de HFO trans.1336mzz(Z) (1,1,1,4,4,4,- hexafloururo-but-2-ene) fue significativamente más alto en presión, pero también fue completamente no flamable hasta por lo menos 40ºC. Vea la Tabla 1 para ver las propiedades de HFO trans.1336mzz(Z).

Los propelentes de aerosol con flúor juegan un importante papel en la industria del aerosol, a pesar de que sus aplicaciones recientes han sido entorpecidas por sus altos costos.

Actualmente varios removedores de polvo contienen cerca de 20 ppm de una mezcla cuaternaria extremadamente amarga llamada “Bitrex”, con el propósito de que su uso sea menos frecuente y que no afecte su efectividad; The Chemours Company tiene una patente de USA cubriendo las adiciones de Bitrex en una rango de 5 a 50 ppm.

Los aerosoles limpiadores de equipos electrónicos, dirigen una corriente de gas a los objetivos (cerca de 10 m./sec.) con propelente no flamables, que remueven aceites, polvo y otros residuos en teclados pegajosos y decolorados, en estos objetos el propelente líquido se evapora rápidamente.

Otra aplicación es en las pruebas de tarjetas madre, donde es esencial que todas las conexiones eléctricas sean de muy alta calidad y validadas, refrescando (“chilling”) el circuito por poco tiempo; causa que los componentes del metal se reduzcan ligeramente, y cualquiera de las conexiones que se separan pueden ser rápidamente identificadas.

Mientras que el HFO-1234yf(Z) es más flamable que el isómero de Solstice C, y con un costo más alto, es difícil aumentar su uso en el mercado del aerosol, a excepción de los repuestos de aire acondicionado. En USA la alta presión requerirá un contenedor de DOT EXEMPTION, similar a los que actualmente se utilizan para las unidades de repuesto de HFC-134a. En los países que siguen la regulación de las “18 barras” (alta fuerza) de la Federación Europea de Aerosoles, puede ser usada.

Cis/trans.HFO-1336mzz(Z) (primariamente trans) es CF3-CH=CH-CF3 es un líquido inodoro e incoloro que tiene como punto de ebullición los 33.4ºC. Técnicamente está clasificado como un propelente de aerosol en la misma base que el obsoleto CFC-11, n-pentano e iso-pentano, los cuales tienen puntos de ebullición e indicadores de presión-temperatura similares. Es producido comercialmente por The Chemours Company (DuPont), pero en este momento sólo está autorizado por La Ley de Control de Sustancias Tóxicas (TSCA) de la EPA como una espuma no flamable para colchones de cama; mientras tanto no puede usarse para aerosoles en Estados Unidos sin estar en la lista de TSCA, ¿Cuándo será integrada? La respuesta es incierta, ya que existen varios factores que lo impiden; por una parte es la inminente modernización de actividades de esta ley; además de tener un número de usos potenciales para aerosol, particularmente cuando se mezcla con propelentes de alta presión; y otros impedimentos más regulatorios que pueden incluir las autorizaciones Ley de Nuevas Alternativas Significantes (SNAP), Regla de Nuevo Uso Significante (SNUR) y Compuesto Volatil Orgánico (VOC), pero en vista de las excelentes propiedades del HFO-1336mzz(Z) sin lugar a duda fácilmente lo autorizarán.

Otro propelente interesante es Solstice C Performance Fluid (o Solstice C PF) también conocido como HFO-1233zd(E), fue introducido recientemente por Honeywell. La estructura es CF3-CH=CClH y el nombre químico es trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropano. Es un líquido volátil, su punto de ebullición es a 19ºC. (Vea la Tabla 1 para otras propiedades). Está disponible comercialmente y puede ser dispensada desde unidades de aerosol y su uso primario es un fluido altamente eficiente para la limpieza con precisión. Es totalmente no flamable, seguro para su uso en todos los substratos.

Cuando se combina con propelente, tales como Solstice C HFO1234(E), y algunos otros ingredientes puede ser comercializado como un lubricante no flamable, penetrante y producto para el desplazamiento de agua.

La presencia del átomo de cloro, originalmente elevo preocupación sobre su posible potencial de disminución de la capa de ozono (ODP) y el potencial de calentamiento global (GWP). Como sea, la conexión insaturada se encontró para permitir que los radicales libres de airborne OH desintegraran el compuesto 300 veces más rápido que su equivalente en HFCs. Con una corta vida en la atmósfera no posee amenaza alguna al medio ambiente; por ejemplo el Índice de Calentamiento Global (100 año ITH) es menos que aquel del dióxido de carbono.

Posible futuro de los propelentes con flúor.

Los compuestos con flúor siempre han sido tan extremadamente importantes como los propelentes de aerosol, a pesar de que muchos ahora han sido prohibidos.

Uno de los más simples es el fluoruro de etilo (o monofluoroetano, CH3CH2F). Puede ser producido por la simple reacción de etileno, gas y fluoruro de hidrógeno a cerca de 95ºC. El rendimiento es sobre 92%, sugiriendo un precio relativamente bajo. El resultante CH3-CH2F tiene un perfil de presión muy similar al del propano. También es bastante flamable. Algunas de sus propiedades medio ambientales no han sido publicadas aún, y no existen planes para producirlo comercialmente.

Un gran número de otros hidrocarburos fluorados existen tal como el HFC-245fa (CF3-CH2-CHF2; punto de ebullición 15.2ºC.) y el n.deccafluoropentano (C5F10 conocido como Vertrel XF). Su uso comercial es muy limitado, principalmente por sus altos índices de potencial de calentamiento global (GWP).

Posible futuro para los propelentes fluorinados.

Datos y propiedades Flouroetilo, Fluoroetano, Monofluoroetano
Peso Molecular 48.1
Estructura CH3-CH2F
Punto de Ebullición (ºC) -37.1
Punto de derretimiento (ºC) -143.2
Densidad del Líquido (g. /mL. a -37.2 ºC) 0.8176
Densidad del Líquido (g./mL. a 21.1 ºC) 0.719
Presión (psi-g a 54.4 ºC) 249
Presión (barras a 54.4 ºC) 17.2
Solubilidad en Agua (mL. de gas por 100 mL. de agua a 14 ºC) 198
Olor Suave olor a éter
Apariencia del Líquido Incoloro
Potencial de Disminución de la Capa de Ozono (ODP) 11
Potencial de Calentamiento Global (GWP) Insignificante
Compuesto Orgánico Volátil (VOC) (Est.) 800 ppm.
Nivel de Exposición Ocupacional (8 hrs.) (Est.)
Compuestos de Descomposición Inicial en el Aire. COF2 y H2O
COF2 e H2O

En resúmen

Los propelentes de aerosol con flúor han jugado un gran papel en la industria del aerosol, a pesar de que sus aplicaciones recientes han sido entorpecidas por sus altos costos. Los diferentes HFO (olefinas) son particularmente interesantes ya que generalmente pueden confluir con los requerimientos regulatorios de TSCA, Potencial de Rebajar el Ozono (ODP), Potencial de Calentar la Tierra (GWP) Y VOC en Estados Unidos.

Se encuentra en curso una investigación más extensa y desarrollo de fórmulas, con la expectativa de más productos en los años futuros.

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