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El propelente en el desarrollo de productos en aerosol Parte 1

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La fórmula de un producto en aerosol no solo la compone lo que conocemos como concentrado, sino también el propelente, que es lo que proporciona la energía necesaria para descargar y pulverizar el producto; por lo cual es importante conocer sus propiedades, ventajas y desventajas para su correcta selección. Por ello hoy publicamos el tema: El Propelente en el Desarrollo de Productos en Aerosol. 

Contenido

1. Introducción

2. Mercado del aerosol

2.1 Categorías de productos en aerosol

2.2 Mercado Global (unidades)

3. Funcionamiento del sistema aerosol

4. Ventajas de los productos en aerosol

5. El propelente

6. Clasificación de propelentes

6.1 Gases licuados (halocarbonos)

6.2 Gases licuados (hidrocarburos)

6.3 Gases licuados (Éteres)

6.4 Gases comprimidos

7. Propiedades FQ de propelentes

8. Relación de llenado

8.1 Consideraciones al seleccionar propelentes

8.2 Determinación de la relación de llenado

9. Llenado del aerosol

1. Introducción

A menudo los formuladores se enfrentan al desafío de desarrollar productos de calidad en periodos cortos de tiempo y precisamente con el tiempo y la experiencia se vuelven expertos en formular las principales formas físicas (líquidos, semisólidos, cremas, geles, etc.) bajo estas condiciones. Sin embargo, cuando se trata de desarrollar aerosoles, en forma general se tiene una falta de conocimientos técnicos debido a que la formulación de un producto en aerosol es más compleja que la de un líquido o semisólido. Con los aerosoles se debe considerar el sistema completo: concentrado, válvula, activador, envase y por supuesto el propelente, ya que cada componente es importante y deben seleccionarse correctamente para que el producto sea funcional. Adicional, el producto debe formularse considerando las características fisicoquímicas (viscosidad, pH, tamaño de partícula, etc.) que se requieren para poder ser llevado a la forma aerosol.

2. Mercado del aerosol

2.1 Segmentación de productos en aerosol (% producción Europa 2017)

La tabla anterior muestra la segmentación del mercado en aerosol para visualizar la enorme variedad de productos que se pueden formular en forma aerosol. Los datos pertenecen al mercado europeo de 2017. En el primer segmento tenemos los productos para el cuidado personal que representan un 56.6% de la producción, entre ellos los de mayor consumo son los desodorantes y antitranspirantes, seguidos de los fijadores capilares.

También está el segmento de cuidado del hogar. Entre ellos destacan los insecticidas, aromatizantes, pulidores y limpiadores de horno, de cocina, de baños, incluso productos para el cuidado del calzado. Con menor volumen, pero no menos importantes, están los productos industriales, automotrices, pinturas, productos de uso técnico y farmacéuticos.

2.2.
Producción Global (millones de unidades)

En la tabla se muestran los números de la producción de aerosoles a nivel mundial, los datos están actualizados hasta el 2014, pero se presenta una proyección hasta el 2020 que ha

resultado muy apegada a la realidad. Europa es el mercado con mayor volumen seguido de Norte América y los países de la región Asia-Pacifico, se estima que para este año se producirán alrededor de 17 mil 500 millones de unidades, lo que significa que el consumo per cápita de aerosoles a nivel mundial es de alrededor de dos unidades.

3. Funcionamiento del Sistema Aerosol

Básicamente el aerosol se compone de cinco elementos: el envase, el concentrado, válvula, activador y el propelente que es uno de los principales componentes. Seleccionar y combinar correctamente cada uno de ellos dará como resultado que el producto tenga las características de aplicación y desempeño deseadas.

En la imagen tenemos el esquema del funcionamiento de un aerosol de una fase con propelente licuado; en el área representada en 

amarillo se encuentra la mezcla de concentrado con propelente en fase liquida y en la cámara de expansión la fracción que paso a la fase vapor, la cual ejerce una presión sobre esta mezcla, de tal forma que cuando el activador es presionado la mezcla asciende por el tubo de inmersión y se descarga y por el cambio de presión el propelente en fase liquida se vaporiza inmediatamente provocando la pulverización del concentrado.

4. Ventajas del Sistema del Aerosol

¿Por qué formular productos en aerosol?

En general presentan varias ventajas y beneficios frente a otros sistemas de dispensado.

5. El Propelente

Sin embargo, para poder ser utilizado en aerosoles debe reunir al menos las siguientes características

Técnicamente es una sustancia química con una presión de vapor mayor a la presión atmosférica a 105 oF

Características
principales

Químicamente inerte: es decir que no reaccione con los componentes de la formula.

Inodoro: para no alterar el aroma ni el sabor de los productos.

Presión adecuada (10-110 psig): de acuerdo con las necesidades del producto

Impacto ambiental mínimo: se requieren propelente cada vez con mejor perfil ecológico.

No corrosivo.

Soluble en el concentrado: preferentemente

Precio adecuado: para poder ser competitivos

Función

Proporciona la presión de vapor necesaria para descargar o dispensar el producto desde el interior al exterior. Determina las características de descarga del producto

Cuando el propelente es licuado puede tener algunas funciones secundarias:

Solvente. 

Diluyente 

Modificador de viscosidad. 

Enfriador. 

Desengrasante.

6. Clasificación de propelentes

Clasificación
general

Los propelentes se clasifican en dos grandes grupos: los gases licuados y los comprimidos:

La característica principal de los gases licuados es que mantienen su presión desde el principio hasta el final del uso del producto y esto es posible gracias a que cuando se presurizan pasan a su forma líquida, pero una fracción de ellos se evapora y pasa a la fase vapor estableciéndose un equilibrio. A la presión en este equilibrio se le denomina presión de vapor y es independiente de la cantidad de líquido presente, de esta forma a medida que se descarga el producto nuevas moléculas pasan de la fase líquida a la de vapor, restableciéndose el equilibrio y la presión. 

Mientras que los gases comprimidos pierden su presión a medida que se descarga el producto, debido a que responden a la Ley de Boyle a temperatura constante. Esta ley indica que la presión es inversamente proporcional al volumen que ocupa el gas, lo que significa que la presión disminuye de forma lineal cuando 

se incrementa el volumen de la cámara de expansión, es decir si el volumen aumenta 100%, la presión decaerá al 50 %.

6.1 Gases licuados (halocarbonos)

Una de las características principales de los halocarbonos que se utilizan actualmente es su buen perfil ecológico y sus características de no inflamabilidad en dos de ellos, pero tienen como limitación que aún son de precio elevado.

6.2 Gases licuados (hidrocarburos)

Del grupo de los hidrocarburos se tiene la serie lineal y algunos isómeros desde el metano hasta el pentano. Sin embargo, el metano y el etano presentan presiones muy altas por lo que son poco utilizados y a partir del hexano ya los tenemos en forma líquida.

Comercialmente se dispone principalmente de mezclas de propano, butano e isobutano para conseguir un amplio intervalo de presiones desde A- 17 hasta A-108. Este grupo de propelentes son los más utilizados, arriba del 90% de los productos en forma aerosol los utilizan ya que tiene una buena relación costo-beneficio.

6.3 Gases licuados (Éteres)

Del grupo de los éteres, el único de interés para aerosoles es el dimetiléter por sus características de alta compatibilidad con fórmulas acuosas.

6.4 Gases comprimidos

La clasificación de los gases comprimidos es muy sencilla ya que los de mayor interés para aerosoles son nitrógeno, óxido nitroso y dióxido de carbono. Su característica principal es que son muy económicos si tomamos en cuenta que se dosifican a muy bajas concentraciones.

7. Propiedades FQ de Propelentes

Características fisicoquímicas

Esta tabla reúne las principales propiedades fisicoquímicas de los propelentes que se pueden utilizar para el desarrollo de toda la gama de productos en aerosol. Es importante considerarlas previo al desarrollo o formulación de un aerosol.

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