Valores de Kauri-Butanol (Kb) y Parámetros de Solubilidad

En la búsqueda de un método rápido para comparar el rendimiento de los limpiadores con disolventes, a menudo se hace referencia al valor Kauri-Butanol (valor Kb). Una idea común es que cuanto más alto sea el valor Kb, más rápido o más a fondo descompondrá un disolvente el aceite, la grasa, el fundente u otro tipo de suciedad.

Aunque los valores Kauri-Butanol y otras escalas de solubilidad tienen su propósito, no deberían utilizarse como la medida definitiva para la calificación del producto. Desgraciadamente, no existe un atajo para realizar pruebas en el entorno de limpieza del mundo real en la suciedad real.

Quiero dedicar un poco de tiempo a hablar más sobre los valores Kb y cómo se utilizan con respecto a los limpiadores con base de disolvente Techspray. A continuación, abordaré brevemente el tema más complejo de la solubilidad y los usos de algunas de las diferentes escalas de solubilidad. 

 

Definición de Solubilidad

Cuando hablamos de solubilidad en relación con las sustancias químicas, normalmente nos referimos a la disolución de una pequeña cantidad de un líquido o sólido (el soluto) en un volumen mayor de líquido (el disolvente). Cuando un disolvente líquido disuelve un soluto, las moléculas del disolvente rompen las fuerzas electrostáticas o de unión que unen a las moléculas del soluto. Las moléculas del disolvente se introducen a la fuerza entre las moléculas del soluto y las rodean, hasta que las moléculas que componían el soluto se dispersan delicadamente en el gran volumen de moléculas del disolvente. Dicho de otro modo, el disolvente disuelve el soluto.

 

¿Qué Es El Valor de Kauri-Butanol (Kb)?

El valor Kb o Kauri-Butanol es una prueba de la capacidad de un disolvente de hidrocarburo para superar estas fuerzas de unión en un soluto estándar. La prueba Kb es una de las determinaciones del "punto de turbidez" que puede utilizarse para ordenar los disolventes en una clasificación basada en el poder disolvente relativo. Otras determinaciones del punto de turbidez son el punto de turbidez de la anilina, el grado de solubilidad, el número de cera y el número de heptano. Todos tienen sus usos específicos, pero el valor Kb es la prueba más utilizada para calibrar el poder disolvente relativo de la mayoría de los disolventes de hidrocarburos.

La resina Kauri es una resina fosilizada derivada de la savia del pino kauri, que crece principalmente en Nueva Zelanda. Esta resina se disuelve fácilmente en alcohol butílico normal (butanol), pero no se disuelve muy bien en disolventes de hidrocarburos. Para realizar el Kb, se disuelven 20 gramos de resina Kauri en una cantidad fija de n-butanol. A continuación, esta solución se valora con el disolvente de hidrocarburos hasta alcanzar el "punto de turbidez" o hasta que la solución clara se vuelva ligeramente turbia o nebulosa. Para que el punto de turbidez sea más fácil de ver, la prueba suele realizarse sobre una página de tipo de diez puntos. Cuando el tipo de diez puntos se vuelve ligeramente borroso o no es del todo claro, se ha alcanzado el punto de turbidez.

El volumen o el número de mililitros de disolvente de hidrocarburos utilizados para alcanzar el punto de turbidez se indica como valor Kauri-Butanol o Kb del disolvente de hidrocarburos. Según esta metodología, cuanto mayor sea el volumen de disolvente necesario para alcanzar el punto de turbidez, más fuerte será el disolvente de hidrocarburo. Un disolvente con un valor Kb de 100 (ml) es un disolvente mucho más fuerte que uno con un valor Kb de 50. 

 

¿Cómo se Utilizan Los Balores Kb?

Las tablas de valores Kb para los disolventes de hidrocarburos se pueden encontrar en los manuales de química y en Internet.  En estas tablas se puede ver que el cloruro de metileno tiene un valor Kb de 136, mientras que el tolueno tiene un valor Kb de 105, lo que hace que el tolueno sea un disolvente más débil que el cloruro de metileno. La nafta, que se utiliza habitualmente en los desengrasantes, y el queroseno tienen el mismo poder de solvencia relativo con valores Kb de 34.

Los valores Kb de los limpiadores con disolventes Techspray, que normalmente son mezclas de varios disolventes de hidrocarburos, pueden determinarse mediante la realización de la valoración Kauri-Butanol con el producto limpiador, o estimando el valor Kb del producto mezclado a partir de los valores Kb proporcionales de los componentes individuales del disolvente.

Los valores Kauri-Butanol no son lo último en pruebas de solubilidad. De hecho, los valores Kb por lo general asignan a un disolvente una solubilidad mayor de la que realmente tiene. Además, ciertos tipos de disolventes no pueden probarse con el protocolo Kauri-Butanol, ya que resultan ser infinitamente solubles en este procedimiento de prueba. Por esta razón, las cetonas, como la acetona y el MEK, y los éteres de glicol no pueden probarse con el procedimiento Kauri-Butanol. Aunque los valores de Kb pueden dar resultados erróneos para muchos disolventes, sigue siendo útil cuando se utiliza para juzgar la solubilidad relativa de diferentes disolventes.

 

Otros Parámetros de Solubilidad

Aunque no es tan conocida por los usuarios de disolventes industriales, existen muchas escalas de solubilidad diferentes además del valor Kauri-Butanol. La escala de solubilidad más utilizada es el parámetro de solubilidad de Hildebrand. Todas las fuerzas electrostáticas que unen las moléculas de un líquido o un sólido representan la densidad de energía cohesiva de esa sustancia. La suma de estas fuerzas de unión es lo que hay que superar para disolver una sustancia en un disolvente o para vaporizarla por completo, calentándola hasta que se seca.

El parámetro de solubilidad de Hildebrand (la raíz cuadrada de la densidad de energía cohesiva) es una representación numérica de esta cantidad de energía, que suele expresarse como calorías/centímetro cúbico, o en unidades internacionales estándar (SI), como megapascales de presión cohesiva necesarios para superar todas estas fuerzas de unión.

El parámetro de solubilidad de Hildebrand puede representarse como la suma de tres parámetros de solubilidad de Hansen diferentes, cada uno de los cuales es una medida de una de las tres fuerzas electrostáticas (dispersión, polaridad y enlace de hidrógeno) que unen a las moléculas.

Los tres parámetros de Hansen pueden representarse en un gráfico tridimensional, y este gráfico puede utilizarse para predecir el comportamiento de la solubilidad de diferentes sistemas de disolventes con un alto grado de precisión. Pero los gráficos tridimensionales son difíciles de visualizar en 2D. Trazar los tres parámetros en un gráfico bidimensional ignorando uno de los tres parámetros es una solución parcial, pero se pierde precisión.

Se encontró una solución a este problema cuando se desarrolló un gráfico triangular bidimensional que trazaba los parámetros fraccionarios de Teas, derivados de los parámetros de Hansen. Los parámetros de Teas muestran el porcentaje de contribución de cada una de las tres fuerzas de unión al conjunto de los parámetros de Hildebrand. Cuando se traza la posición de los disolventes individuales en un gráfico de Teas, encontramos que los disolventes con solubilidades similares tienden a ocupar la misma zona del gráfico. También podemos trazar la solubilidad de una resina o un polímero concreto con varios disolventes y determinar una ventana de solubilidad:

  • Los disolventes que disuelven el polímero se sitúan en la zona del gráfico de Teas definida como ventana de solubilidad.
  • Los que disuelven parcialmente el polímero se sitúan en el borde de la zona de la ventana de solubilidad.
  • Los que no disuelven el polímero caen fuera del área del gráfico definido como ventana de solubilidad. 
  • Todo esto puede resultar bastante confuso, pero el punto principal es que mediante el uso de un gráfico TEAS se pueden determinar las propiedades de solubilidad de las mezclas de disolventes sin necesidad de preparar la mezcla y probarla. También se puede utilizar esta herramienta para determinar la composición de una mezcla de disolventes que disolverá una sustancia concreta en una mezcla sin disolver ninguna de las otras sustancias presentes (es decir, el sustrato).
  • Además, el gráfico de Teas y las demás escalas de solubilidad pueden utilizarse sin tener ningún conocimiento de la compleja química y física que interviene en la solubilidad de los polímeros y las resinas. Los trabajadores que restauran obras de arte valiosas utilizan el gráfico de Teas para determinar el sistema de disolventes necesario para eliminar las capas superpuestas de laca envejecida sin disolver la pintura subyacente que compone la obra maestra. Herramientas como el gráfico de Teas son muy útiles para determinar el sistema de disolventes necesario para disolver los numerosos polímeros que se utilizan hoy en día en el sector.
  • Por muy útiles que sean las escalas de solubilidad para los químicos analíticos, ¿son realmente útiles a la hora de realizar calificaciones de limpieza industrial? Aunque pueden utilizarse para realizar estimaciones a posteriori, nada sustituye a las pruebas realizadas en un entorno de limpieza real sobre la suciedad misma.

Sin embargo, estas herramientas son muy útiles para que los técnicos de Techspray reduzcan sus opciones, de modo que solo se prueban las soluciones más viables. Póngase en contacto con un especialista en aplicaciones de Techspray en tsales@techspray.com o en el 800-858-4043.

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