Por: Julián A. Restrepo*
El uso de disolventes y materiales no tóxicos para el ambiente es una de las propuestas de la Química Verde. Para ello es necesario empezar a considerar el uso de materias primas renovables.
Actualmente, los productos químicos comerciales convencionales están siendo sustituidos por aquellos que son “amigables con el medio ambiente”. La industria química ha experimentado un importante cambio en su legislación: antes se ponía solamente un énfasis especial en el grado de toxicidad de los productos en el mercado. Ahora, el énfasis se pone en los tres grandes vacíos que tenía la legislación y el manejo de plantas químicas [1]:
Conocimiento: No sólo del público en general y de los gobiernos, sino en la industria química en sí misma.
Seguridad: Peligros al asignar prioridades y establecer límites de toxicidad.
Tecnología: Desarrollo de alternativas más seguras y bondadosas con el medioambiente.
La “Química Verde” pretende dar respuesta a esta necesidad de cambio mediante un uso más racional de nuestros recursos y conocimientos [2]. Esta es una nueva filosofía basada en un conjunto de principios (12 en total), que contemplan, básicamente, la reducción o eliminación del uso y generación de sustancias peligrosas en el diseño, fabricación, transporte, empleo y disposición de productos químicos.
Uno de los más importantes objetivos del “desarrollo sostenible” es reducir los efectos negativos de las sustancias que usamos y generamos [3], lo que inevitablemente nos conduce, entre otras, a la búsqueda de materias primas renovables. El papel de la química es esencial para asegurarnos de que la próxima generación de productos químicos, materias primas y fuentes de energía sean más sostenibles que las actuales.
La demanda mundial por procesos y productos químicos ambientalmente amigables, requiere el desarrollo de tecnologías innovadoras y con una buena relación costo/beneficio para la prevención de la contaminación [4].
Un análisis cuidadoso de los principios de la “Química Verde” muestra que el disolvente está presente, de un modo más o menos directo, en la mayoría de sus principios.
Su presencia en el octavo punto: “Disolventes y auxiliares más seguros” es evidente. Sin embargo, también aparecen en principios tales como la prevención de vertidos, síntesis menos peligrosas y con un menor costo energético; uso de fuentes renovables de materias primas y procesos químicos más seguros, por ejemplo [2].
El problema ambiental de las pinturas
Una pintura base disolvente está compuesta por un vehículo (resinas + disolventes orgánicos), pigmentos y aditivos. De estos componentes de la formulación, el disolvente orgánico es el que se convierte en COV (compuesto orgánico volátil), después del secado de la pintura, y es precisamente éste el componente que ha llevado al desarrollo de tecnologías alternativas, las cuales buscan reducir el contenido de disolventes en los recubrimientos convencionales.
En el caso de las pinturas base disolvente, tenemos que las formulaciones actuales involucran la pérdida de un componente durante la formación de película. Éste es necesario para disolver la resina y otros componentes de la formulación, y tiene, generalmente, el costo más bajo de los componentes.
Ya que el disolvente permite disolver la resina, pero no permanece en el recubrimiento (no constituye sólidos), lo podríamos considerar un “tonto útil”. Así tenemos que, luego de la evaporación del disolvente (generación de COVs), la pintura sufre una “disminución de volumen” y la pérdida de un componente de bajo costo. Pero el problema principal radica en que el componente que “se pierde de la pintura”, se convierte en un contaminante del aire.
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Técnicamente, el mejor disolvente, desde un punto de vista medioambiental, es el que no existe [2], por tanto, lo ideal sería no emitir un componente de la formulación al aire (pérdida de dinero), y más teniendo en cuenta que este es contaminante y presenta riesgo de toxicidad. Una buena alternativa es que en caso de requerirse un disolvente, este debería ser agua, la cual es atóxica y aún es económica.
Empleo de disolventes alternativos
Los “disolventes alternativos”, también denominados “disolventes verdes” o “nuevos disolventes”, son una serie de disolventes que se contemplan como alternativas a los actuales, para reducir el impacto ocasionado por el empleo de los disolventes orgánicos. Entre los “disolventes alternativos”, se tienen:
a)Disolventes reactivos: Son disolventes con baja volatilidad relativa, y durante la formación de película tienen la capacidad de reaccionar con otros componentes de la pintura, por ello no se evaporan al medio ambiente (no constituyen COVs), tal como los coalescentes reactivos (en pinturas base agua) y diluyentes reactivos (en pinturas epóxicas).
b)Disolventes benignos: Se designa como “disolventes benignos” aquellos disolventes ambientalmente amigables y cuyo grupo incluye disolventes libres de compuestos clorados, con baja toxicidad y baja RIM (reactividad incremental máxima), comparados con los disolventes convencionales.
c)“Disolventes Neotéricos” [2]: El término neotérico designa nuevo, moderno, reciente y en este caso hace referencia a una nueva generación de disolventes, desarrollados de acuerdo a la filosofía de la “Química verde”. Son una serie de disolventes que presentan una menor toxicidad, son más seguros y menos contaminantes que los disolventes convencionales. Entre ellos se incluyen tanto nuevos fluidos con propiedades ajustables, como compuestos poco usados como disolventes en la actualidad, pero que poseen un notable potencial para futuras aplicaciones.
Algunos disolventes alternativos
Entre los “disolventes alternativos”, desde el punto de vista de la “Química verde”, es importante mencionar los “disolventes neotéricos”, entre los que se tienen principalmente:
Disolventes a partir de materias primas renovables [2]: La mayoría de los disolventes que se emplean en la actualidad provienen del petróleo. Una alternativa razonable es su sustitución por otros procedentes de la biomasa vegetal.
Muchos de estos disolventes presentan una baja toxicidad, baja volatilidad, no son corrosivos, ni cancerígenos. Algunos ejemplos son alcoholes como el biometanol y bioetanol; también se tienen ésteres del aceite de soya y el lactato de etilo, obtenido a partir del ácido láctico.
El agua: El incluir el denominado “disolvente universal” (de hecho el agua es el disolvente de la naturaleza) y el más antiguo de los disolventes conocidos, en este grupo es cuando menos paradójico. Desde un punto de vista medioambiental, el agua es la mejor elección como disolvente, ya que no es inflamable, ni tóxica.
El mayor inconveniente de utilizarla como disolvente es la baja o nula solubilidad de las resinas y muchos de los componentes empleados en la formulación de las pinturas. Para resolver este problema se emplean a menudo agentes tensoactivos que permiten “compatibilizar” y estabilizar las resinas y demás componentes en el medio acuoso.
Fluidos supercríticos [2]: Un fluido supercrítico es aquel que se encuentra por encima de su presión y temperatura críticas y cuya fase no es líquida ni gaseosa, sino que comparte las propiedades de ambas: Fluye como un gas y es capaz de disolver sustancias como un líquido. En estas condiciones, poseen algunas propiedades muy interesantes.
Muchos de ellos son inertes y no tóxicos, lo que permite clasificarlos como “disolventes verdes”; además, son relativamente baratos y sus propiedades son ajustables mediante variaciones de presión. Ejemplos de su uso se tienen en la producción del café descafeinado, empleando CO2 líquido (en estado supercrítico) y algunos estudios para emplearlos como propelentes en pinturas en aerosol (N2O y CO2, por ejemplo).
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Disolventes Fluorados [2]: Se trata de disolventes orgánicos que en lugar de ser hidrocarburos (enlaces C-H), son fluorocarburos (enlaces C-F), y que tienen interesantes propiedades: Son químicamente inertes, térmicamente estables, no son inflamables, ni tóxicos.
Los disolventes fluorados tiene una particular aplicación en la síntesis de resinas: por ejemplo, las aminas de cadenas fluoradas ven reducida su basicidad drásticamente. Sin embargo, los alcoholes fluorados poseen una acidez mucho mayor que la de los alcoholes, lo que los hace útiles en algunas aplicaciones. La escasa capacidad disolvente de los líquidos fluorados hace necesario modificar los compuestos que se desee disolver en ellos.
Líquidos Iónicos (LI): Un líquido iónico está constituido por iones, tal como las sales, y se caracteriza porque tiene prácticamente una nula volatilidad. Algunos de los líquidos iónicos tienen baja combustibilidad, excelente estabilidad térmica, son líquidos en un amplio intervalo de temperatura y poseen buenas propiedades de solvatación para muchas sustancias.
Los “líquidos iónicos” han ido ganando interés en muchos campos, incluyendo la química orgánica, electroquímica, catálisis, físico-química e ingeniería, incluso se tienen aplicaciones de líquidos iónicos magnéticos.
La mayor ventaja de los “líquidos iónicos” como “disolventes verdes” es su escasa volatilidad, por lo que no se consideran COVs. Su aplicación en la formulación de pinturas hoy es poca (o prácticamente nula), pues su costo es relativamente alto.
Es decir, que aunque los “líquidos iónicos” no tienen riesgo de evaporación a la atmósfera, sus repercusiones en cuanto vertidos no están completamente claros, pues los estudios sobre su toxicidad y biodegradabilidad son todavía muy pocos.
Comentarios finales
1. Los “disolventes neotéricos”, incluyendo el agua, son alternativas válidas a los disolventes orgánicos convencionales, presentando ventajas tales como su menor toxicidad, volatilidad e inflamabilidad [2].
Todos tenemos idea de qué disolventes son más seguros y menos contaminantes, y es claro que es preferible usar agua o alcoholes en lugar de disolventes clorados o hidrocarburos. En general, la selección de un disolvente por su carácter “verde” es un proceso complejo y su elección depende de numerosos factores, entre los cuales está la aplicación.
2. Algunos “disolventes alternativos” muestran que no presentan riesgo de contaminación para el aire, pero en cambio (teniendo presente su baja volatilidad), presentan riesgo de contaminación para las fuentes de agua. Es claro, que desde el contexto de “desarrollo sostenible” no se pretende “cambiar un problema por otro”. En cualquier caso, el empleo de un material que haga las veces de disolvente deberá ser completamente atóxico.
3. Finalmente, es importante señalar que el rápido desarrollo de la “química verde” se debe al hecho de que los productos y procesos ambientalmente amigables muestran ser económicamente rentables a largo plazo y se convierten en una apuesta acertada para enfrentar el reto futuro del “desarrollo sostenible”.
Referencias
[1] Kröger, A.; “Química ecológica: Los cambios de una industria”, agosto de 2007. Publicación en Internet.
[2] Mayoral, J.A.; “Empleo de disolventes alternativos”, publicación en Internet: www.unia.es/ nuevo_inf_academica/ bisualizar_file_adjunto.asp? ID = 1606.
[3] Horváth, I. y Anastas, P. T.; Chem. Rev., Vol. 107, No. 6, 2007.
[4] Anastas, P. T. y Warner, J. C.; “Green Chemistry: Theory and practice”; Oxford University press; Oxford, 1998.
* INVESA S.A. / Universitat Jaume. Castellón, España. [email protected]
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