Geles, jabones y organosoles

Geles, jabones y organosolesIng. Graciela Ballesteros BarradasGELESLos geles son sistemas estructurados compuestos por dos fases, una fase continua que se asemeja a la estructura de un slido y una fase dispersa que esel agua. El contenido de agua en los geles es muy grande y en algunos casos representa hasta 99% de la relacin volumen/peso como en el los hidrogeles; debido a esta carcterstica se densidad es muy similar a la del agua. Por otra parte, la estructura de los geles se sostiene generalmente mediante la interaccion de las molculas del agente delificante, los cuales forman una red tridimensional que contienen al agua en su interior.Debido a las propiedades presentes en los geles, tienen importantes aplicaciones a nivel industrial ya que son capaces de impartir carctersticas como textura, estabilidad y estructura a los sistemas que los contienen.Cuando se enfran algunos soles lifilos por ejemplo, gelatinas, pectinas o una solucin medianamente concentrada de jabn o cuando se agregan electrolitos, en condiciones adecuadas, a ciertos soles lifobos, por ejemplo: xido frrico hidratado, xido de aluminio hidratado slice, todo el sistema se cuaja formando una jalea aparentemente homognea que recibe el nombre de gel.

Se forman geles cuando se intentan preparar soluciones relativamente concentradas de grandes polmeros lineales. La formacin de los geles se llama gelacin. En general, la transicin de sol a gel es un proceso gradual. Por supuesto, la gelacin va acompaada por un aumento de viscosidad, que no es repentino, sino gradual.Ejemplos

Caractersticas de los gelesUn gel puede considerarse como un estado intermedio entre el estado slido y el estado lquido, por lo que resulta difcil poder tipificarlo como una nueva clase de material convencional. Desde un punto de vista reolgico (estudios de flujo y deformacin de la materia), los geles son sistemas con memoria, ya que son capaces de recuperar su forma despus de haber sido sometidos a un proceso de deformacin ya que presentan una elasticidad caracterstica, lo que le confiere un carcter de slido viscoelstico.

VISCOELASTICIDAD DE GELES

Tipos de gelesHay geles de muchos tipos y no es posible una clasificacin sencilla. En general, se dividen en: elsticos y no elsticos rigidos. En realidad, todos los geles poseen elasticidad apreciable, y la divisin citada se refiere ms particularmente a la propiedad del producto obtenido cuando se seca la capa superior. La deshidratacin parcial de un gel elstico, como la de un gel de gelatina, conduce a la formacin de un slido elstico, por medio del cual puede regenerarse el sol original aadindoles el disolvente, stos slidos secos o semisecos se llaman xerogeles.

DeshidratacinHidratacinLos precipitados gelatinosos de los xidos metlicos hidratados no tienen en realidad una estructura diferente de la de los geles no elsticos correspondientes. La diferencia esencial esta en que stos tienen todo el lquido de dispersin incluido en la estructura semislida, lo cual no ocurre en el precipitado geltainoso. Si las condiciones son tales que las partculas coloidades se juntan lentamente, es posible que se forme un gel, pero la coagulacin rpida ir acompaada por la formacin de un precipitado.

Debido a que las partculas brownianas estn cargadas elctricamente, hay interaccin entre ellas.Esto da lugar a que formen una estructura regular, lo que les da una consistencia que no es la rgida de un cristal, pero tampoco la de fluido que corresponde a lquido.La caracterstica comn de los geles es la presencia de un tipo de estructura continua que les proporciona la propiedades de los semislidos.En presencia de calcio, el alginato (formador de geles) puede formar una estructura conocida como caja de huevos. En esta estructura, los iones de calcio se sitan como puentes entre los grupos con carga negativa del cido gulurnico.

Clasificacin de los gelesDependiendo de su comportamiento frente al agua.Segn el nmero de fases en que estn constituidos.En funcin de su viscosidad.De acuerdo a su estructura.En funcin del origen y/o naturaleza de los polmeros.De acuerdo a la naturaleza de la fase interna.En funcin de la naturaleza de las uniones de la red tridimensional que los constituyen.

Dependiendo de su naturaleza frente al aguaGeles hidrfilos o hidrogeles: constituidos por agua, glicerina, propilenglicol u otros lquidos hidroflicos. Gelificados por sustancias de tipo polimricas, goma tragacanto, almidn, derivados de la celulosa, polmeros carboxlicos o silicatos de aliminio o magnesio.Geles hidrfobos o lipogeles: constituidos por parafina lquida adicionada de polietileno o por aceites grasos gelificados por anhidro silcico coloidal o por jabones de aluminio y zinc.

HidrogelLipogelSegn el nmero de fasesGeles monofsicos: el medio lquido lo constituye una sola fase o lquidos miscibles: Agua-alcohol, solucin hidroalcohlica, aceite, entre otros.Geles bifsicos: constituidos por dos fases lquidas inmiscibles, formndose una estructura transparente con propiedades de semislido.Los geles bifsicos se subdividen en dos grupos: Los TOW gelsLos TAS gels

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Gel monofsicoGel bifsicoGeles TOW y TASGeles bifsicos. Se subdividen en dos grupos:Geles TOW: El lpido se incorpora a la micela que forma el emulsificante. Son geles bifsicos micelares o/w (oil/water) que se presentan en forma de cristales lquidos, transparentes y viscosos. Son sonoros y vibrantes a la percusin, tambin se les conoce como ringing gels. A estos geles se les puede incorporar sustancias tanto lipo como hidrosolubles.Geles TAS: Son geles transparentes basados en emulsiones de siliconas w/s (water/silicons) . Se consideran como una crema transparente de agua en siliconas, de gran aplicacin en cosmetca. Se utilizan cuando hay que formular geles hidrorrepelentes (geles bloqueadores para el sol). Por su viscosidadGeles Fluidos

Geles semislidos

Geles slidos

Por su estructuraGeles elsticos. Un gel tpico elstico es el de gelatina.

Geles no elsticos. El gel no elstico ms conocido es el del cido silcico o gel de slice.

En funcin de la naturaleza de la fase internaInorgnicos: como el magma de bentonita.

Orgnicos.Naturales: como la goma arbiga y la gelatinaSintticos: como la carboximetlcelulosa sdica e Hidroxiproplcelulosa

Los geles se pueden clasificar en dos tipos, en funcin de la naturaleza de las uniones de la red tridimensional que los constituyen:Geles Fsicos: Presentan una red tridimensional formada por uniones que no son completamernte estables a ciertos cambios fsicos (pH, temperatura, entre otros), sino que estn asociadas a una formacin y disociacin de enlace, que se puede dar en dos sentidos. Generalmente, las uniones son del tipo da van der Waals y puente de hidrgeno, estos tipos de uniones son mucho ms fuertes que las uniones covalentes.En funcin de la naturaleza de las unionesEjemplos de geles fsicos

Geles qumicos. Son aquellos en los que la red est formada a travs de enlaces covalentes. Este tipo de enlace es muy fuerte y su ruptura conduce a la degradacin del gel. Por este motivo se dice que los geles qumicos no son reversibles con la temperatura, una vez rotos los enlaces no se pueden volver a formar. Este tipo de enlace da lugar a un proceso conocido como gelacin fuerte.

Ejemplos de geles qumicosFormacin de gelesLa red polimrica de un gel puede ser formada por varios caminos; entre los que se encuentran, la formacin del entrecruzamiento a partir de la polimerizacin del monmero, donde la red es formada por polimerizacin de unidades bifuncionales y unidades polifuncionales.

Formacin de la red por entrecruzamiento a partir de la polimerizacin de monmero.Las unidades bifuncionales son conectadas para formar largas cadenas y las unidades polifuncionales actan como entre cruzantes.

Formacin de la red por entrecruzamiento del polmero.Formacin de la red polimrica mediante entrecruzamiento de las cadenas de polmeros, las cuales son formadas desde unidades bifuncionales.EstabilidadLos factores desencadenantes de la inestabilidad de un gel son:TemperaturaCambios de pHAgitacin violentaElectrolitosLos geles con el tiempo pierden su condicin de tal y su estructura puede llegar a romperse.La estabilidad de un gel depende de su correcta formulacin.JABONESEl jabn generalmente es el resultado de la reaccin qumica entre un lcal (generalmente hidrxido de sodio o potasio) y algn cido graso: esta reaccin se denomina saponificacin. El acido graso pueder ser, por ejemplo, la manteca de cerdo o el aceite de coco. El jabn es soluble en agua y por sus propiedades detersivas, sirve comnmente para lavar.En sentido estricto, existe una gran diferencia entre lo que es un jabn y un detergente. Los detergentes son las sustancias que tienen la propiedad qumica de disolver la suciedad o las impurezas de un objeto sin corroerlo.

Sntesis

Ejemplo

SaponificacinLos aceites vegetales, como el aceite de coco o de olivo, y las grasas animales, como el sebo, son steres de glicerina con cidos grasos. Por eso cuando son tratados con una base fuerte como sosa o potasa se saponifican, es decir, porducen la sal del cido graso conocida como jabn y libera glicerina.En el caso de que la sopinificacin se efecte con sosa, se obtendrn los jabones de sodio, que son slidos y ampliamente usados en el hogar. En caso de hacerlo con potasa, se obtendrn jabones de potasio, que tienen consistencia lquida.

Como acta un jabnUn jabn limpia debido a la capacidad que tiene para formar emulsiones con materiales solubles en grasas: las molculas de jabn rodean a la suciedad hasta incluirla en una envoltura denominada micela, la parte apolar de la molcula de jabn se disuelve en la gotita de grasa mientras que los grupos carboxilato, polares se orientan hacia la capa de agua que los rodea. La repulsin entre las cargas iguales evita que las gotas de grasa se unan de nuevo. Se forma as una emulsin que se puede separar de la superficie que se est lavando.

Accin detergenteLos jabones ejercen su accin limpiadora sobre las grasas en presencia del agua debido a la estructura de sus molculas. stas tienen una parte liposoluble y otra hidrosoluble.El componente liposoluble hace que el jabn moje la grasa disolvindola y el componente hidrosoluble hace que el jabn se disuelva a su vez en el agua.Las manchas de grasa no se pueden eliminar slo con agua por ser insolubles en ella. El jabn en cambio, que es soluble en ambas, permite que la grasa pase a la disolucin desapareciendo la mancha de grasa.

ORGANOSOLESLos organosoles son mezclas de plastisoles con disolvente.Los plastisoles son la el resultado de una mezcla de una resina (p.E. PVC), de un plastificante y otros aditivos que se encuentra en estado lquido a temperatura ambiente con propiedades viscoelsticas, son de color blanquecino (cuando no hay pigmento).Este compuesto, bajo la accin del calor (160 C), deja su estado lquido inicial para pasar a un estado slido, sin prdida de peso ni cambio de volumen notable.Los beneficios de los plastisoles son muchos. Los plastisoles pueden agregar el color, la suavidad, la textura, entre otros.Son dispersiones finas de un slido (polmero, resina u otros) en un lquido orgnico.Uno de los organosoles de mayor xito comercial se basa en el poli (cloruro de vinilo), conocido como PVC.El material de base se prepara mediante la polimerizacin en emulsin de un monmero de cloruro de vinilo. Consiste en partculas esencialmente esfricas en el intervalo de tamao de partculas de 0.1 1.0 micrones de dimetro.El organosol real es preparado moliendo las partculas de resina en emulsin en un molino utilizando un sistema mixto de disolvente orgnico como medio de dispersin.

La viscosidad inicial elevada de la mezcla cae rpidamente cuando la molienda procede a una fase ptima, lo que conduce a la ruptura en el tamao de las partculas de los aglomerados de resina.

Sntesis

Diagrama de procesoLos organosoles son de amplia aplicacin por nmero de mtodos de revestimiento con los que se puede formar una pelcula sobre un sustrato.