3 90 ¿ Que es un Surfactante ? SURFACTANTE de la ADSORCION el surfactante se acomoda para reducir...
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Presentado por
Laboratorio FIRPUNIVERSIDAD de Los ANDESMérida - Venezuela
Jean Louis Salager
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¿ Que es un Surfactante ?
SO3 Na+-
Dodecil benceno sulfonato de sodio
GrupoGrupo Lipofílico Lipofílicoo hidrófobo (o hidrófobo (apolarapolar))
GrupoGrupo Hidrofílico Hidrofílico(polar)(polar)
representación usual
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SURFACTANTE
en inglés SURFACE ACTIVE AGENTagente de superficie o tensioactivo
otros usos -> otros nombresTENSIOACTIVO, JABON, DETERGENTE,DISPERSANTE, HUMECTANTE,(DES)EMULSIONANTE, (ANTI)ESPUMANTE,INHIBIDOR de CORROSION, BACTERICIDA,DESINFECTANTE, etc.
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CLASIFICACION de Surfactantes
iónicos (aniónicos, catiónicos, anfóteros) noiónicos (no producen iones)
no por su uso
sino de acuerdo a su... ... ionización en solución acuosa
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C H 12 -S-O Na
O
O
+-25
dodecil benceno sulfonatode sodio (detergente)
ANIONICO
ejemplos
N
C H12 25
Cl -+
cloruro de n-dodecil piridinio (desinfectante)
CATIONICO
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Hn
C H 9 19 O CH -CH -O2 2
Nonil fenol polietoxilado(lava plato, Orimulsion®)
H C3 O
H C3 O
P-C H
O
14 29
Dimetil eter del ácidotetradecil fosfónico
(emulsiones pesticidas)
NOIONICOS
OH OOH OH
OH
n
OHO
OH OH
O
O
Alquil poliglucósido(alimentos, cosméticos)
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CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2 - H
CF3-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2- H
CH3-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3CH3
CH2
CH2
CH2
H
HH = Grupo Hidrofílico = Grupo Hidrofílicohidrocarburo
perfluorocarburo
Poli-dimetil siloxanoo dimeticona
Diferentes tipos de cadena hidrófoba
usados con aceites siliconaso CO2 supercrítico
9 / 90 Asfaltenos= surfactantes naturales
Puentealiphatico
grupo polar
Islaaromatica
Agregado Coloidal = Polímero o Micela?
de P. Kilpatrick COOH
HS
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Todos los surfactantes tienen2 propiedades fundamentales :
ADSORCION en interfases
ASOCIACION en solución
bactericidasalgunos son
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Principio de la ADSORCION el surfactante se acomoda para
reducir su energía libre en la interfase
aceite aire
agua agua
agua
sólidoapolar
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Adsorcióninterfase líquido-líquido
baja tensión emulsiones capilaridad expansión adhesión “lágrimas”
adsorción
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Adsorcióninterfase sólido-líquido
hidrofobación lubricación flotación mojabilidad detergencia
adsorción
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Adsorción - Sistemas dispersos
= mecanismos de estabilización de :emulsiones, suspensiones y espumas
Repulsióngota, burbuja, partícula
película líquida
gota, burbuja, partícula
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Auto-Asociaciónen solución
es espontánea produce ∆G < 0 favorece el contacto entre el solvente y
el grupo afín al solvente produce una estructura organizada :
micela normal o inversa cristal líquido, microemulsión bicapa, membrana, vesícula, liposomo
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Equilibrio entre varias estructurasmicela± esférica
micelacilíndricay otras ...cristal líquido lamelar
surfactante en solución
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Un cristal líquido …No es un líquido ... No es un cristal
No es estequimétrico y puede incorporar …
agua
aceite“ solid ”
“ liquid ”
agua
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CL lamelar
CL lamelar
5 µm5 µm
Microfotografía en luz polarizada de un gelEstructuras birefringentes producen interferencias
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¡ Que no son emulsiones !
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MICROEMULSIONES= estructuras de alta solubilización
mezcla de micelas ymicelas inversashinchadas
estructura bicontínua aleatoría o de Schwartz
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Estructura bicontínuaaleatoria
Superficie de Schwartz
Scriven S., Nature 263:123 (1976)
MICROEMULSIONES= estructuras de alta solubilización
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Comportamiento de fase S+O+WHasta 3 fases
aceite
agua
Solución micelaro microemulsión
Microemulsión bicontínua
aceite
agua
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Alta solubilización =3 φ con microemulsión túrbida
SP* = 7 10 17 33 ml/gγ* = 0.01 0.004 0.001 0.0002 mN/m
Contiene3 % S55 % O42 % W
Contiene1.5 % S38.5 % O60 % W
Contiene5 % S58 % O37 % W
Contiene7 % S56 % O47 % W
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Agricultura Aplicación de pesticida
mojabilidad al agua - ángulo de contacto
sin surfactante con surfactante
θ > 90° θ < 90°
las gotas
se expandenlas gotas caen
CASO FAVORABLE
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AgriculturaAcción antievaporación
El surfactante adsorbidoreduce considerablemente
la evaporación
1 Kg / Km245 A / molécula2o
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Flotación de mineralesSeparación de partículas hidrófobas (mineral)
de la ganga hidrofílica (tierra)
CELDA DE FLOTACIONCELDA DE FLOTACIONaire suspensión
de mineralmolido
espuma +mineralenriquecido
solución+ ganga
burbujapartículahidrófobaflota
agua
burbujapartículahidrofílicase separa
agua
PRINCIPIO
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toneladas por año
Flotación de minerales
109
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Destintado del papel recuperado
Papel recuperado
Fibras“limpias”
espuma+ tinta
aire
diluyente
Solución NaOH
Detergente
Espumante + Colector
Papel recuperado 200 $ / ton.Fibra limpia 800 $ / ton.
flotación de laspartículas de tinta
destintado
desf
ibra
do
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las micelas pueden ... …. solubilizar moléculas de aceite
SOLUBILIZACION
aceite
Solubilización micelar
alimentos y bebidas medicamentos detergentes
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Espumas contra incendios
El agua no permite apagarincendios de hidrocarburos(no flota sobre ellos)
Se deben usar espumascon surfactantes fluorados
CF CF2 2
hidrofóbico y lipofóbico
tensiónsuperficialmuy baja
(17 mN/m)
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Laminado de metal (aluminio)
Emulsión O/W
placa
lentorápido
placaplaca
deslizamiento lubricación
O/W
W/O emulsión O/Wse invierte
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Método de Separación (con micelas)
Ultrafiltración de iones nitratos ... ... asociados con micelas catiónicas
ATRACCION ULTRAFILTRACION
NO3micelas
solvente
NO3
NO3 NO3 membrana
---
--
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Aplicaciones petroleras
Lodos de perforación Estimulación con ácido Control de inyección (espumas/emulsiones) Control de parafinas/asfaltenos Recuperación mejorada Deshidratación de crudos Orimulsion® Asfaltos emulsionados etc ...
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Fluids(s) entreLodo y cemento =secuencia de desplazamientopositivo
Lodo baseagua
Limpiador(surfactantes)Espaciador(barita,polímeros)CementoDensidadmayor quelodo (+ 1 lb/gal)
Fluidos espaciadores en perforación
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Remediación al daño de formación
microemulsiónsolubiliza el sucio
Linea de productos > Microwash™ Baker
multifaseviscosa ysucia =
emulsión,suspensión
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Lodos de perforación
enfrían y lubrican la barrenasuspenden los ripiosefectos de contra-presión, anti-filtración, etc.
Lodo
Barrena
aceiteagua
ripioarcilla
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Lodos de perforación
agua (enfria, disuelve y suspende cosas ) arcillas (viscosidad, suspensión) aditivos para aumentar densidad (∆ρ, ρgh) aceite (lubrifica, facilita la perforación) surfactantes (dispersantes, emulsionantes) polímeros (control de filtración, viscosidad) etc
contienen :
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Producción por inyección Recuperación mejorada con surfactantes Control de inyección (espuma / emulsión)
1 Pozoinyector 4 Pozos
productores
banco de aceite
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Producción de Petróleo + Agua
Deshidratación
Hay que separar este agua (que está en forma de emulsión)
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Surfactantes naturales (asfaltenos)estabilizan emulsiones W/O
gotade
agua
gotade
agua
CRUDO
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Orimulsion® yotras emulsionesde hidrocarburospesados en agua
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Hay otros combustibles con agua
presencia de agua en un combustible reduce la temperatura de llama > reduce la corrosión y formación de NOx aumenta la densidad y Cp de los gases > favorece transferencia de calor > reduce depósitos
Aquazol®
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Inhibición de la corrosión (ácida)
agua
H+ H+
Me Me Me
H+X
Me Me Me
reacciónelectroquímicade corrosión
adsorciónde H+
adsorcióndesurfactantecatiónico
proteccióncontra lacorrosión
Me Me
Me Me Me
H2Me
++
hidrofobación
H S HS + H HS S + H2+ +- - - -
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Asfaltos “fluidizados” mediante-> mezclado con solvente-> calentamiento-> emulsionación
Emulsiones asfálticaspara carreteras
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adsorción sobre la roca
Repulsiónelectrostática
floculación
hidrofobación
adhesión
equilibrios
1
2
2
3
3
4
ruptura
4
Heterofloculación estable en el pipote roca -> se rompe
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Procesos Químicos
destilación secado polimerización extracción L-L etc
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DESTILACIONbinario A menos volátil, B más volátil
por tanto TebA > TebB
Binario “positivo” γA > γB
Binario “negativo” γA < γB
A
B
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DESTILACIONSistema binario “positivo” γA > γB
se evapora Bpelícula másdelgada tensionmás alta
gradiente de tensiónestabiliza película
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DESTILACIONSistema binario “negativo” γA < γB
se evapora Bpelícula másdelgada tensionmás baja
gradiente de tensiónrompe la película
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SECADOhidrofobación previa al secado
suspensiónde carbón
polvo decarbón
agente hidrofobante
mezclador
filtro de tambor
vacioagua cinta transportadorabomba de
tornillo
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Polimerización en emulsión
Polimerización se inicia en las micelas
Gota demonómeromicela
Partícula depolímero(latex)1 µm
El catalizador entraen la micela
Reacción seproduce
dentro de lamicela
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Polimerización en emulsión
así se preparan el PVC,el poliestireno,los poliésteres,los latexes de caucho y
las pinturasemulsionadas
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Remoción de fenol (emulsión múltiple)Fenol es mas soluble en agua a pH 10
Fenol enagua a pH 7
Emulsion W / O congotas agua a pH 10
Fenol pasa enEmulsión Míltiple
Agua a pH 7sin fenol
Fase aceite separadacontiene gotas agua
(pH 10) con fenol
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EXTRACCION L-LExtracción en micelas inversas (proteinas)
mezclador
decantador
mezclador
decantador
agua +P
PP
P
P
agua + electrolito
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20 µm
S
WO
Lα LLC
2 phases
Nanoemulsión en formaciónBaja curvatira y estructuraintermedia a partir decristal líquido LαLLC
emulsificación de baja energía paraproducir una nanoemulsión
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Utilizacionesdomésticas
higiene, cosméticos
jabones y detergentes suavizadores, cremas espumantes humectantes, hidrofobantes inhibidores
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Detergencia
“despegue” de una partícula sólida
sustrato
sucio
adsorción delsurfactante entre elsucio y el sustrato reducción
de la atracción
despeguepor agitación
mecánica
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Detergencia
despegue de una gota (líquida)
!!
estado inicial:agua sin
surfactante
el surfactanteproduce uncambio de
mojabilidad
despeguepor agitación
mecánica--> (rolling)
sustrato
aceiteagua
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Emulsionación
Solubilización micelar
ESCALA10 m-3
ESCALA10 m-5
ESCALA10 m-8
Ruptura
Detergencia
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Asociación en bicapa
lecitina
fosfolípido
Algunasmoléculas se
asocian enbicapaO
H2C-O-CO-C11H23
HC-O-CO-C17H35
H2C O - P - O - CH2
H2C N --- OH
H3C CH3
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Bicapa = membrana
Membrananatural
proteina
VesículaLiposomaMedicamentos y Cosméticos
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Micela = nanocapsula para proteccion y transporte
enzima
Vitaminprotejida
intercambiosCO2y O2
Micela surfactanteperfluorado
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Acondicionamiento emulsionado
Agua muy perfumadaOculta el sabordesagradable delaceite de higado debalacalo
Se colocar un sabor(naranja, fresa) en lafase agua externa
Emulsión de Scott (sin sabor desagradable)
Aceitehigadobacalao
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Acondicionamiento en emulsiónSuministro controlado (emulsión múltiple)
Una sustancia puedetransferirse lentamentedesde el agua “interior”hasta el agua “exterior”.
acondicionamientollamado
agua
agua
Aceite
transferencia através del aceite
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Biología - el ojo La conjuntiva está protegida por una
película líquida 2 surfactantes
conjuntiva
película líquida
surfactantepolimérico(humectante)
surfactanteanti-evaporación
ojo
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Biología - Los pulmones
El surfactantepulmonarreduce latensión y facilitala respiración
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Emulsiones y espumas alimenticias
Mayonesa (O/W) leche chocolate margarina (W/O) helados bebidas pasteles cremas ...
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¿ Helado = emulsión? espuma ?¡ En realidad es mucho más complejo !
líquido concentradoleche + endulzante+ surfactante
burbujas de gas(100 µm)
cristalesde hielo(50 µm)y grasacongelada
gotas degrasalíquida(5 µm)
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Acondicionamiento en Espuma
Espumas dechampaña y decervezaestabilizadaspor proteinas
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El MUNDO de losEl MUNDO de los SURFACTANTES SURFACTANTESes nuestro mundoes nuestro mundo de todos los días de todos los días
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El mundo de los surfactantes
campo de trabajo del Lab FIRP de la ULA 20 profs + 20 estudiantes + 20 contratados 60% del tiempo en proyectos financiados > Sectores diversos, 70 % fuera de Venezuela > Cooperación con otras universidades
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Veamos unos proyectos recientescon el sector productivo
Alta tecnología e innovación en formulación Empresas grandes y transnacionales
Know-how más convencional en generalpara el desarrollo y ajuste de productos PyMEs venezolanas
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BAKER HUGHES DRILLING FLUIDS (EUA)PETROLITE (EUA)
Varios proyectos sobre microemulsionespara remediación de daños de formación,limpieza de pozos de petróleo.Productos > microwashTM y microcureTM
Equipo de trabajo de laProf. Ana Forgiarini
3 patentes
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WHEATHERFORD INTERNATIONALOIL SERVICES (EUA)
Formulación de una microemulsión parareducir la tensión y limpiar las zonas debaja permeabilidad en pozos de gas
Equipo de trabajo de laProf. Laura Márquez
1 patente
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PULPACA, QUIMICAR,PROMIVECA yPDVSA (Venezuela)
Ingeniería conceptual para el aprovechamientode la lignina y de la tofa de los licores negrosde pulpado de la madera.
Equipo de trabajo delProf. Johnny Bullón
Formulación y fabricación delodos de perforación base aceite
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HRA (Venezuela) y R&E Consultants (EUA)
Emulsiones combustibles en base a resíduos derefinación, de visbreaking, de demetalización …para clientes de HRAen EUA, Filipinas, Finlandia, Colombia …
Equipo de trabajo delProf. Carlos Bracho
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PLUSPETROL PERU
PERENCO PERU/EUROPA
Transporte emulsionado de crudosextra-pesados peruanos en los llanosamazónicos y a través de los Andes
Varios proyectoscoordinados por
los ProfesoresJean-Louis Salager
Mabel Briceñoy Laura Marquez
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PDVSA-INTEVEP, CLARIANT de VENEZUELA,LIPESA, RESINAS MULTIPLES, QUIMAINCA …Formulación y prueba de deshidratantes ydesemulsionantes, y otros aditivos
Diversos (7) proyectoscon participación devarios investigadoresen los últimos 10 años
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LIPESA (Venezuela)OXITENO (Venezuela-Brazil)BAKER-PETROLITE (EUA) …SC JOHNSON (en negociación)
Sintesis de surfactantes extendidos y sususos potenciales en aplicaciones diversas(innovación en formulación)
4 proyectos concertadospero independientescon participación de2 grupos de trabajo en c/uAporte via LOCTI
innovacion
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TIVENCA, empresa de servicio de PDVSA …
Muestreo, análisis y caracterizaciónde aguas de producción de loscampos de la zona del Tigre
Equipo Prof. Leonardo Rennola
LIPESA, SIMSA, METRO ALFA,CHAMPION, CLARIANT, QUIDECO,RESINAS MULTIPLES, VELAS …
Caracterización de surfactantes y aceites por elmétodo HLD (método FIRP) Lic. Francia Vejar
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INICA (insecticidas internacional ca)
Formulación de un concentradoautoemulsionante para uso agrícolafitosanitario (pesticidas).
Coordinado por elProf. Juan Carlos López
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EMPRESAS POLARalimentos MAVESA
y detergentes LAS LLAVES
Protocolo de medición rápida de estabilidada largo plazo de mayonesa
Ajuste de la formulación de jabón líquido
Coordinado por elProf. Aldo Pizzino
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CHEMYCAL SOMA, MARIE, VALMORCA,DEWITT … etc
Formulación de productos limpiadores ydesinfectantes para sectores salud y alimentos.Formulación de cremas cosméticas …Diseño de planta de fabricación de jabón líquido.
Diversos pequeños servicioscoordinados por los Profs.Jean-Louis Salager yPatricia Rodriguez,y el Dr. Cesar Scorzza
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Leishmaniasis
Una enfermedad parasitariacorriente en Venezuela
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LeishmaniasisDr. José Vicente Scorzza
Biólogo, ULA Trujillo
Premio Nacional de Ciencias
El tratamiento por infiltraciónperilesional con solución oleosade antimoniato (Sb V) de n-metilglucamina, a diario por 20 días,es muy doloroso.Nuevo producto ULAMINAdesarrollado por el grupo deJVS en ULA-Trujillo requiereun vehículo transdérmicocomo una crema. ¡ Quizas podemos ayudar !¿ micro/nanoemulsion ?
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Leishmaniasis
Competencia FIRP - ULA>>> formulación micro y nanoemulsiones>>> medición transporte transdérmico
Competencia ULA Trujillo>>> producto antimonio>>> apoyo a pacientes
Apoyo adicional >> Procter & Gamble >> Oxiteno + PDVSA por el gobierno
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sitio web Lab. FIRPwww.firp.ula.ve