Surfactantes

Resumen del articulo

 A Normalized Hydrophilic–Lipophilic Deviation Expression

HLDN Is Necessary to Avoid Confusion Close to the Optimum

Formulation of Surfactant-Oil–Water Systems.

Autor del artículo: Jean Louis Salager

El estudio del comportamiento que existe en la interfase formada, por el petróleo y el agua, tuvo su boom en la década de los 70, debido al aumento de los precios del petróleo en esta época.

Las correlaciones entre las variables de formulación, fueron relacionadas con el equilibrio químico, concepto que fue introducido al final de los 70, y que marco la pauta, para el nacimiento de la expresión de desviación hidrofílica-lipófila generalizada, mejor conocida como (HDL), pero al mismo tiempo trajo confusiones a la hora de clasificar los parámetros de la formulación. Es por ello, que el autor propone una nueva expresión llamada HDLN o (Desviación hidrofílica-lipófila normalizada), ésta nueva expresión logra mejorar la predicción de los efectos de la formulación, pero no a las limitaciones debido a las mezclas de surfactantes.

Los primeros estudios llevados a cabo para expresar numéricamente las correspondientes condiciones fisicoquímicas, se basaron en la imperiosa necesidad de la recuperación mejorada del petróleo (EOR). Se usaron como modelos de estudio, sistemas aceite-agua y una especie de surfactante para poder lograr el sistema (SOW) a una temperatura y presión dada, cabe destacar que, para la fase oleosa, se tomó como variable en casos simples el número de carbonos de n-alcanos, y para la salmuera acuosa, la salinidad del agua, el problema comenzó, cuando se tuvo que definir la variable del surfactante, ya que para entonces solo se contaba con un parámetro numérico llamado HBL, el cual hace referencia a un porcentaje de la parte hidrofílica del surfactante. Al ser este concepto aplicado en el estudio (EOR), trajo consigo muchas imprecisiones, pero estás fueron atribuidas a un mínimo de tensión superficial.

Los estudios de la formulación, se basaron en la investigación de Winsor, quien explicaba como formular el sistema SOW para el comportamiento trifásico, que luego Scriven nombró “microemulsión” y más tarde fue renombrada como “formulación optima”, porque correspondía a la tensión mínima ultrabaja que se buscaba en EOR.

Según Winsor el valor óptimo se alcanzaba cuando ocurría una proporción unitaria de interacciones, es decir, ACO/ACW=1=R.

Para comenzar a expresar el concepto de formulación numéricamente, se estudiaron dos variables:

1) La variación del numero de carbonos del n-alcano

2) Salinidad.

Con respecto a la primera, se fijaron variables constantes como temperatura, presión mismo surfactante sin alcohol y varios casos de salinidad. En el estudio se encontró, que, para cada caso en el que cambiaba la salinidad a un valor más alto, se hallaba una formulación optima, correspondiente a cada valor.

En el segundo caso, se estudio la salinidad para distintos aceites, encontrándose que para cada aumento de numero de carbonos del alcano, aumenta la salinidad para la formulación optima.

Concluyendo así, que tanto el aceite (ACN), como el agua, salinidad (S), producen un cambio de interacciones entre el surfactante y las fases de aceite y agua de acuerdo con el modelo cualitativo de Winsor.

 Como mencionamos anteriormente para Winsor el valor optimo ocurría cuando se cumplía la relación de ACO/ACW=1, está relación fue cambiada a D= ACO-ACW, mientras se estudiaba la (EOR), esta ecuación abrió las puertas al concepto de desviación multivariable de una formulación optima, además de permitir encontrar de una forma más fácil un valor numérico, compensando dos efectos opuestos.

Cuando el estudio se quiso llevar a la practica se encontraron dificultades como, el hecho de que los alcanos líquidos están en un rango restringido y que además los de cadena larga son costosos, es por eso, que en su momento se decidió usar solamente la salinidad del agua como la variable comúnmente escaneada con surfactantes iónicos, sirviendo está como fuente de datos para los surfactantes iónicos en los últimos 40 años, y también siendo fuente de confusión actualmente.

A finales de los años 70, se encontró que varias compensaciones lineales de dos variables proporcionaban una buena aproximación para algún rango de parámetros cerca de una formulación optima, pero fue en 1979 -1980 cuando se expresaron por primera vez las correlaciones como ecuaciones empíricas. Dichas ecuaciones corresponden a sistemas en ausencia de alcohol y a una composición especifica de tensoactivo-aceite-agua.

  (Para sistemas de tensioactivos aniónicos)[pic 1]

  (Para no iónicos etoxilados)[pic 2]

El coeficiente KA, que acompaña el termino ACN es distinto según el tipo de escaneo, KA cambia notoriamente cuando se cambia la cabeza del tensoactivo, si se trata de un alquiltrimetilamonio es 0.20 para etoxilados, 0.15, para aquilsulfato o tensoactivos de moléculas extendidas más complejas es de 0.10 incluso mucho menor.

Las variables at y ct también dependerán del tensoactivo.

Es muy importante resaltar que el signo que esta antes del termino que acompaña la temperatura es distinto para ambas ecuaciones, y esto se debe a que, al aumentar T aumenta la interacción del tensoactivo iónico, mientras que para los etoxilados es todo lo contrario.

En las ecuaciones se introdujo el termino de temperatura, debido a que en los estudios con los surfactantes etoxilados, los barridos se hicieron variando la temperatura o el EON (Número exacto o promedio de óxidos de etileno, grupos de tensioactivos no iónicos).

Previamente se había mencionado, que la relación del valor optimo expuesta por Wilson, había sido cambiada por una diferencia, y esta a su vez representaba la diferencia del potencial químico del surfactante en aceite y agua, cuyo valor era cero para la formulación optima, a este valor se le denominó SAD (diferencia de afinidad del surfactante), este termino no fue muy bien recibido, y aún se seguía utilizando el término HBL el cual era bastante impreciso como dijimos en un principio.

Una de las variables que se le agregó al termino SAD fue dividirlo por RT, quedando expresado como la diferencia hidrofílica-lipofílica o desviación de condiciones óptimas, dando paso a uno nuevo término HDL, siendo este término mucho más preciso ya que tomaba en cuenta el equilibrio de interacciones hidrofílicas y lipofílicas en la interfaz del sistema.

¿Cómo nació HDLN normalizada?

Sabemos hasta este punto que el valor de KA, cambia según el tipo de cabeza que tenga el tensioactivo, entonces una forma sencilla de quitarnos el problema sería que cada vez que se plantee una ecuación del tipo HDLi=0, se escribiera el mismo coeficiente unitario para la variable ACN, que va a corresponder al mismo efecto de interacción en todos los casos.

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