Disolventes en la Industria Química/Utilidad de los disolventes

Disolventes

Los disolventes son ampliamente utilizados en numerosos procesos tanto a pequeña escala (nivel de laboratorio), como a gran escala (nivel industrial).

La utilidad de los disolventes varía mucho en función de las propiedades que presentan y la cantidad a utilizar en un determinado proceso. Se establece así una clara diferencia entre los distintos usos de los disolventes teniendo en cuenta sus efectos nocivos para la salud humana, de tal forma que muchos de los que se emplean a escala de laboratorio sin presentar ningún tipo de riesgo para los trabajadores, pueden ser altamente peligrosos en caso de ser utilizados a escala industrial. Además, es necesario tener en cuenta que los disolventes se pueden utilizar tanto en forma de disolventes puros como en forma de mezclas de disolventes, destacando que en el último caso, las propiedades de los componentes no se suman sino que la mezcla presenta propiedades nuevas como si se tratase de un disolvente puro.

Evolución de la aplicación de los disolventes en la industria

Industria

A lo largo de los años se han utilizado y desarrollado una amplia variedad de disolventes. De forma sencilla, y para generar una idea simple, se presenta a grandes rasgos una breve evolución de los disolventes en la industra

En un inicio, en el ámbito industrial, se comenzaron a utilizar principalmente como disolventes los hidrocarburos derivados del petróleo (hexano o benceno por ejemplo) y los disolventes oxigenados (alcoholes, cetonas, ésteres), a pesar de ser disolventes muy utilizados en la industria tienen asociados ciertos riesgos respecto a la salud humana y al medio ambiente, por lo que en la medida de lo posible se plantea la sustitución de los mismos por otros alternativos. Uno de los tipos de disolventes que se plantean como alternativa son los clorocarbonados , que son bastante seguros en cuanto a su manipulación pero por el contrario son cancerígenos.

A modo de curiosidad, un ejemplo anecdotario sobre como puede surgir la evolución de los disolventes en las industrias, es el uso de CFCs (clorofluorocarbonados) como disolventes, como por ejemplo el CF₂Cl--CFCl₂ (llamado CFC-113) utilizado en una proporción de 2Kg por metro cuadrado, en la limpieza de grasa, pegamento y residuos de soldadura en paneles de circuito electrónicos tras ser fabricados. Aunque es cierto que principalmente, se empleaban más que como disolventes para la formación de aerosoles y para la creación de refrigerantes . En el caso de utilización de CFCs no se presentaban riesgos por toxicidad en personas pero, sin embargo, resultaron ser perjudiciales para la capa de ozono. Se sustituyeron entonces temporalmente por los HCFCs (hidrógenofluorocarbonados) considerando que esta alternativa era una gran solución, aunque se observó que contribuyen al efecto invernadero de forma que se intenta prescindir de su uso.

Una de las alternativas que se plantea para la sustitución de CFCs y HCFCs es el uso de hidrofluoroéteres esta opción es de gran interés ya que son tan eficaces como CFCs y HCFCs pero presentan la ventaja de no contribuir al efecto invernadero ya que su ODP ( Ozone Depletion Potencial ) es nulo. Los hidrofloroéteres tienen además una ventaja añadida, no son solubles en agua lo que impide la contaminación de la misma.

Con este ejemplo se observa como la necesidad de utilizar disolventes que no sean perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana, lleva al desarrollo de nuevos disolventes e incluso al "no uso" en los distintos procesos industriales. Es cierto que es muy difícil conseguir sustituir por completo los disolventes convencionales por otros más verdes en el ámbito industrial ya que no solo supone un reto en cuanto a la investigación de nuevos disolventes, sino también en cuanto a nuevas tecnologías que puedan ser requeridas.

Actualmente la legislación cada vez es más dura en cuanto a la permisibilidad del uso de los disolventes en la industria, por lo que cada vez se planea más el uso de disolventes sostenibles. Esto lleva a las líneas actuales de investigación sobre la sustitución de disolventes convencionales por otros que presenten menos riesgos como es el caso del uso de disolventes neotéricos ( agua, fluidos supercríticos, líquidos iónicos, líquidos fluorosos, polímeros líquidos) en los procesos industriales. Es cierto que el agua fue uno de los primeros disolventes en utilizarse, pero las reacciones en condiciones homogéneas presentan poco interés industrial dada la baja solubilidad de los reactivos y la necesidad añadida de llevar a cabo la extracción de los productos con disolventes orgánicos.

Aplicaciones de los disolventes

Los disolventes industriales son productos líquidos que se pueden emplear como medios de reacción, en procesos de extracción u otras diversas aplicaciones.

Disolventes como medios de reacción

El papel de los disolventes como medio de reacción es muy importante debido a la influencia que ejercen cuando se lleva a cabo una reacción. Un ejemplo de ello es la capacidad que poseen para disolver sustancias, como son los reactivos en estado sólido, de forma que se producen dispersiones homogéneas y como consecuencia un aumento de la reactividad. Además, gracias al poder de disolución que presentan, se facilita el proceso de agitación y mezclado, produciéndose así de forma más eficiente y como consecuencia es una ventaja para los procesos industriales. Una característica importante que presenta el uso de los disolventes como medios de reacción, es la posibilidad de establecer un control del calor, es decir, permiten suavizar las variaciones de temperatura o bien la propia eliminación del calor de una reacción mediante la simple ebullición del mismo. Por ejemplo, en el caso de las reacciones endotérmicas que requieren energía, se le puede suministrar fácilmente calor por calentamiento de la propia disolución. Finalmente, otra de las funciones que puede desempeñar un disolvente como medio de reacción es permitir la precipitación de sólidos. Esta función es importante ya que facilita la separación del sólido ( bien sea el producto o el residuo) de la disolución.

Procesos de extracción

La extracción con disolventes se emplea para la separación de compuestos de interés aprovechando las diferencias de solubilidad de los componentes de la mezcla y el disolvente de extracción adecuado que se haya seleccionado. Con la extracción se permite por tanto obtener el producto de una reacción de forma selectiva o bien eliminar las impurezas que puede contener la mezcla con el producto de interés. Por una parte, este tipo de aplicación presenta una ventaja importante y es que permite que se lleve a cabo la eliminación del disolvente por evaporación, pero sin embargo, tiene como inconveniente que la cantidad de disolvente a emplear es mucho mayor que para el caso de su utilización como medio de reacción. De forma general los procesos de extracción se pueden clasificar como:

• Absorción de gases: este tipo de extracción se produce cuando el material a tratar con el disolvente es un gas, un ejemplo de este tipo de extracción es la eliminación de gases industriales, como el dióxido de carbono, por tratamiento con dietanolaminas.

• Extracción líquido-líquido: este tipo de extracción se produce cuando el material a tratar con el disolvente es un líqido, ejemplo de este tipo de extracción es la eliminación de hidrocarburos aromáticos con furfural en procesos de fabricación de lubricantes.

• Lixiviación: este tipo de extracción se produce cuando el material tratar con el disolvente es un sólido, un ejemplo de este tipo de extracción es la extracción de aceite de semillas oleaginosas.

Otras aplicaciones

Además de utilizarse como medio de reacción o en la extracción de mezclas, los disolventes pueden emplearse en la aplicación y remoción de recubrimientos (pinturas, barnices, lacas), también en el desengrasado de metales, para llevar a cabo la limpieza en seco o en la extracción de productos naturales entre otros usos. Un ejemplo aplicación en el campo de la limpieza es la utilización de los solventes en la limpieza de pinturas y esculturas policromadas en la restauración. En este caso con el disolvente se limpian las manchas y la suciedad superficial, además de eliminar el barniz y repintados.

Algunos disolventes y sus usos

Los disolventes se usan principalmente en el sector industrial de las pinturas, tintas, industria química y farmacéutica, en productos de limpieza, aditivos para la construcción, en la industria del automóvil para llevar a cabo la fabricación de accesorios y en la fabricación de adhesivos. De forma menos importante, ya que la cantidades a utilizar no son tan significativas como en los casos mencionados anteriormente, los disolventes también tienen cabida e importancia histórica por estar presentes en el sector de la metalurgia, en el sector textil, así como en los laboratorios.

Aromáticos

• Tolueno: Es un líquido insoluble en agua con un olor carácterístico al tíner de las pinturas. Se utiliza como disolvente para pinturas, revestimientos, caucho, resinas, diluyente en lacas nitrocelulósicas y en adhesivos.

Tolueno

Anexo: Hoja de seguridad

• Xileno: Es un líquido incoloro derivado del benceno flamable y de olor dulce. Se utiliza como solvente en pinturas, hule, cuero e industria afines.

Xileno

Anexo: Hoja de seguridad

Acetatos

• Acetato de etilo: Es un líquido volátil y flamable. Se utiliza como disolvente de compuestos utilizados para revestir y decorar objetos de cerámica, para la elaboración de varios compuestos explosivos además de como solvente para la fabricación de películas a base de celulosa en la industria fotográfica.

Acetato de etilo

Anexo: Hoja de seguridad

• Acetato de butilo: Es un líquido incoloro, poco volátil y con un olor a éster frutal y es miscible con todos los disolventes orgánicos comunes. Se emplea como solvente de pinturas, de lacas para la tinción en industria del cuero y como solvente para la elaboración de colorantes.

Acetato de butilo

Anexo: Hoja de seguridad

Cetonas

• Acetona: Es un líquido incoloro, volátil y flamable. Se utiliza como solvente para la mayoría de plásticos y fibras sintéticas,para adelgazar resinas de fibra de vidrio y para limpiar herramientas de fibra de vidrio y disolver resinas de epoxi.

Acetona

Anexo: Hoja de seguridad

• Metil isobutil cetona (MIBK): Es un líquido incoloro con un olor característico a las bolas de naftalina, se disuelve en agua, alcoholes, bencenos y éteres. Se utiliza como solvente en fabricación de pinturas, hule, químicos y maquinaria.

Metil isobutil cetona

Anexo: Hoja de seguridad

Alcoholes

• Alcohol metílico o Metanol: Es un líquido incoloro, volátil, venenoso y se disuelve en agua. Se unsa como solvente de tintas, tintes, resinas y adhesivos.

Metanol

Anexo: Hoja de seguridad

• Alcohol isopropílico o Isopropanol: Es un isómero del propanol incoloro, inflamable, que posee un olor intenso y es miscible en agua. Se usa ampliamente como solvente y como un fluido de limpieza, especialmente para la disolución de aceites.

Isopropanol

Anexo: Hoja de seguridad

Clorados

• Percloroetileno (PERC): Es un líquido incoloro, no inflamable, pesado y con un olor similar al éter. Se utilliza como solvente en desengrasado de metales,es un solvente actualmente muy utilizado en las llamadas tintorerías “ecológicas” donde se realizan las denominadas “limpiezas a seco” de tejidos, telas, por su propiedad no inflamable y su alto poder desengrasante. Se emplea en la limpieza de textiles, por su gran poder de limpieza y nula acción sobre las telas y los colores.

Percloroetileno

Anexo: Hoja de seguridad

• Cloruro de metileno: Es un líquido incoloro, no flamable, volátil y miscible con una amplia variedad de solventes. Se usa como solvente industrial y para eliminar pintura.

Cloruro de metileno

Anexo: Hoja de seguridad

Alifáticos

• Gasolvente o Gasnafta: Es un solvente alifático incoloro, con olor a petróleo y se obtiene de los cortes ligeros de nafta. Su principal uso es como adelgazador de pinturas, barnices y extendedor de lacas. También se emplea en tintas para imprenta y textiles, como desengrasador y limpiador de metales.

Anexo: Hoja de seguridad

Glicoéteres

• Butil cellosolve: Es un líquido incoloro que es tanto miscible en agua como en la mayoría de los solventes orgánico. Se usa como solvente en fórmulas de recubrimientos, retardador para lacas, nivelador de película en tintas, para resinas de nitrocelulosa, solvente para aceites minerales.

Anexo: Hoja de seguridad

Mezclas

• Thinner standard: Es un líquido incoloro insoluble en agua. Se emplea como adelgazador de pinturas, para que tenga la consistencia adecuada para ser aplicada con una pistola de aire y como desengrasante de piezas mecánicas.

Anexo: Hoja de seguridad

Disolventes neotéricos

Aunque en la actualidad este tipo de disolventes no tenga una gran aplicación industrial, constituyen un grupo con gran potencial de uso en un futuro.

• Líquidos iónicos: Son sales que funden a bajas temperaturas debido a que su punto de fusión es inferior a 100ºC. Estan formados por iones asimétricos y voluminosos de forma que la fuerzas atractivas son más débiles que en el caso de las sales convencionales. Algunos ejemplos de líquidos iónicos son: el tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazolio, el cloruro de 1-butil-3-metilimidazolio y el hexafluorofosfato 1-butil-3-metilimidazolio. Un ejemplo de la aplicación de los líquidos iónicos como disolventes en la industria es el PROCESO DIFASOL, donde se utilizan los líquidos iónicos para efectuar reacciones entre alquenos, el papel que desempeña es el de disolver el catalizador.

Modelo de líquido iónico

• Fluidos supercríticos (FSC): Las aplicaciones más conocidas para este tipo de disolventes están ligadas a procesos de extracción en la industria alimentaria, tabacalera y farmacéutica. Ejemplo de ello es la utilización de FSC para extraer la cafeína del café (1978) o la extracción del lúpulo en la industria cervezera (1982).

Diagrama de fases P-T. En la parte superior derecha se ve el fluido supercrítico.

Conclusión

Existe una amplia variedad de disolventes que se utilizan en las distintas industrias, desde los convencionales hasta los más novedosos, los neotéricos. Dada la multitud de aplicaciones en las que intervienen, es muy difícil establecer un punto de equilibrio entre los procesos industriales que continúan empleado disolventes convencionales, eficientes pero poco verdes, y nuevos procesos que permitan el uso de disolventes más respetuosos con el medio ambiente, es decir, más sostenibles. Una de las causas posibles es el elevado coste que supondría a las distintas industrias invertir en la adaptación de procesos ya existentes o la implementación de nuevos procesos bien para prescindir de ellos o bien para utilizar disolventes verdes.

Bibliografía

• Disolventes y métodos de reacción no convencionales. (Master en Química Sostenible año 2012-2013 de la Universidad de Zaragoza)
• R. Kohli and K. L. Mittal (eds.), Developments in Surface Contamination and Cleaning, 759–871, 2008 William Andrew
• Y. Dai et al. Natural deep eutectic solvents as new potential media for green technology, Analytica Chimica Acta 766 (2013) 61– 68
• E. García Bernal et al. Aplicaciones de los líquidos iónicos en la industria química, Investigación ETSII, Universidad Politécnica de Cartagena

Enlaces externos

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• Absorción de gases
• Extracción líquido-líquido
• Lixiviación
• Disolventes verdes
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• Los diferentes solventes y sus multiples aplicaciones
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