Hidrótopos: o que são e como escolher o melhor

Quando estamos desenvolvendo produtos, muitos dos desafios com os quais nos deparamos tem a ver com solubilidade. Os produtos separam, turvam, cristalizam ou as emulsões separam ou não ficam completamente translúcidas.

Em diversas ocasiões não é possível ajustar a fórmula apenas alterando as relações entre os componentes. Nesses casos, é preciso adicionar algum ingrediente que resolva esse problema, que pode ser um solvente como um álcool ou um glicol, por exemplo. Na maioria esmagadora das vezes a melhor opção é usar um bom hidrótopo. 

Mas o que é um hidrótopo?

De forma simples, são produtos capazes de aumentar a solubilidade dos compostos orgânicos de uma mistura. Nesse contexto, eles aumentam a solubilidade dos tensoativos.

Nos mercados de higiene e limpeza ou de cosméticos, os mais comumente utilizados e conhecidos são o Xileno Sulfonato de Sódio, Cumeno Sulfonato de Sódio e o Butilglicol.

Porém, vale ponderar que existe uma grande diversidade de hidrótopos que apresentam melhor eficiência. Cada sistema e cada necessidade vai exigir uma natureza de hidrótopo específica.

Nesse artigo vamos exemplificar alguns casos clássicos de instabilidade de formulações que geralmente são mais críticas, a fim de apresentar opções de hidrótopos muito eficientes que poderão ser seus aliados na pesquisa e desenvolvimento de produtos.

Situação 1: Produtos com alta concentração de Ácido Sulfônico

Quando o produto apresenta e necessita de uma alta concentração de Ácido Sulfônico, é comum que se torne instável, turvo e separe facilmente. Principalmente se for utilizado o Ácido Sulfônico 96%, que é menos solúvel comparando com o 90%.

Confira na situação hipotética abaixo:

A aplicação de diferentes hidrótopos foi realizada com o objetivo de baixar o ponto de turvação para 10°C. Veja abaixo o resultado obtido:

Perceba que a Ureia foi a que apresentou a menor concentração necessária para se atingir o ponto de turvação desejado.

Em casos de formulações dessa natureza a Ureia é, de forma geral, a opção mais econômica. Além de ser a que demanda menor concentração é, disparado, a opção mais barata. 

Perceba que, além de melhorar muito a solubilidade com a melhor relação custo-benefício, ainda foi a que menos prejudicou a viscosidade. Caso essa seja uma limitação, a Ureia ainda tem esta vantagem. Caso se deseje quebrar a viscosidade, uma mescla de dois hidrótopos pode ser usada. A combinação do uso da Ureia com o Butilglicol ou o Ampholak YJH 40 pode ser uma boa opção.

O fato de a Ureia impactar menos na viscosidade, se deve a ela ser a única das opções testadas que tende a não interferir no arranjo micelar do Ácido Sulfônico, pois atua na solubilidade do sistema, interagindo com o meio, mas sem interagir com o tensoativo de modo a se tornar parte da micela.

Para esse sistema, não resta dúvida de que a Ureia é a melhor opção.

Situação 2: Emulsões

Outra situação muito comum é a correção de emulsões diversas. Com um hidrótopo adequado, é possível transformar emulsões opacas em microemulsões. As microemulsões geram produtos finais muito estáveis e com aspecto translúcido.

Para exemplificar esta situação, considere a formulação hipotética de um desengraxante industrial:

Adicionamos novamente algumas opções de hidrótopos, porém buscando aumentar o ponto de névoa para 50°C.



Perceba que, novamente, os resultados dos testes como os hidrótopos mais conhecidos não são, necessariamente, os que apresentam a melhor eficiência e relação custo-benefício. 

Em contrapartida, observa-se que o Ethomeen T25 e o Ethoquad T25 são ótimas opções. Nesse tipo de sistema, é interessante notar que os melhores resultados são atingidos quando são utilizados hidrótopos com baixa atividade iônica, porém com cadeia apolar maior. 

O Ethomeen T25 e o Ethoquad T25 são aminas graxas etoxiladas que, em comparação ao Xileno Sulfonato de Sódio e Cumeno Sulfonato de Sódio, possuem menor força eletrolítica e cadeias maiores. Uma vez que os eletrólitos tendem a desestabilizar as emulsões, a tendência é de que os hidrótopos de baixa força iônica sejam mais efetivos.

Todos os hidrótopos testados interagem com as micelas dos tensoativos desse sistema, formando uma micela mista que, por conterem uma cabeça polar “maior”, tornam o sistema micelar mais solúvel, sem que necessariamente percam sua eficiência como emulsionante.

Como a cabeça polar do Ethomeen T25 e Ethoquad T25 advém de seu alto grau de etoxilação, forma-se uma cabeça polar grande, porém não iônica e, por consequência, menos eletrolítica.

Enquanto isso, o Xileno Sulfonato de Sódio e o Cumeno Sulfonato de Sódio possuem cabeças polares grandes, porém eletrolíticas. Já o Butilglicol tem cadeia carbônica e cabeça polar muito curtas e, por esse motivo, demanda concentrações altas para conseguir regular a solubilidade do meio. 



Situação 3 – Formulações fortemente cáusticas

Uma situação bastante extrema, mas muito comum em produtos profissionais, são formulações com altíssimas concentrações de soda cáustica. 

Considere como exemplo a formulação abaixo:

São pouquíssimos hidrótopos que apresentam estabilidade nesse tipo de sistema drástico. Perceba que, em todos os testes realizados, apenas dois hidrótopos foram capazes de dissolver e ajudar a estabilizar o sistema.

Essa é uma condição na qual não encontramos outra opção de hidrótopo melhor do que o Ampholak YJH 40, produto fabricado pela Nouryon e distribuído pela Macler.

Observe que somente o Ampholak YJH 40 e o AG 6206, outro produto fabricado pela Nouryon, foram capazes de estabilizar a fórmula. Ainda assim, a dosagem de Ampholak YJH 40 foi consideravelmente menor apresentando uma melhor relação custo-benefício.

Nesse caso, o Xileno Sulfonato de Sódio e Cumeno Sulfonato de Sódio não diluíram e o Butilglicol acabou se comportando como um óleo devido a altíssima força eletrolítica do sistema, como era de se esperar. 

De forma geral, em sistemas não tão cáusticos, a Macler costuma resolver problemas de solubilidade apenas efetuando ajustes entre os componentes ou sugerindo ativos alternativos, almejando a manutenção ou redução do custo de fórmula, sem a necessidade de acréscimo de hidrótopos, que costumam agregar custos. 

Pontos de atenção na escolha do hidrótopo

Embora alguns hidrótopos possam apresentar melhor ou pior performance nos casos apresentados anteriormente, vale elucidar alguns pontos de atenção no momento da escolha do hidrótopo adequado à funcionalidade desejada ao produto final.

Além de seu poder hidrótopo, alguns componentes apresentam maior ou menor espumação. Confira o volume e colapso de espuma de cada hidrótopo utilizado nas situações acima:

Outro fator importante para se atentar é o caráter iônico do hidrótopo. Dependendo disso, ele não poderá ser utilizado para determinados sistemas. Por este motivo, o Ethoquad T25 não foi testado em conjunto com o Ácido Sulfônico, por exemplo. 

Produtos de caráter catiônico tendem a ficar aderidos à superfície e, por isso, podem tanto apresentar um benefício, como agregar características anticorrosivas, ou ser uma limitação, pois dependendo do sistema, podem gerar a sensação de “tac” na superfície.

Fechando com dicas

Concluindo esse artigo, confira um resumo com dicas para levar em conta no momento de escolher um hidrótopo:

• Dificilmente os hidrótopos mais conhecidos e que apresentam um preço por quilo mais baixo, vão apresentar a melhor relação custo-benefício. Procure testar alternativas com tecnologias adequadas para cada sistema. Ao final dos testes, é possível perceber que, geralmente, “o barato sai caro” e opções que antes pareciam caras, são na realidade aquelas que trarão maior economia.
• Em sistemas com muita concentração de Ácido Sulfônico, comece testando a Ureia, dificilmente um melhor custo-benefício será encontrado. Mas fique atento! Em sistemas alcalinos, a Ureia se degrada formando amônia, que produz um odor desagradável. 
• Em sistemas de emulsão, busque por hidrótopos de baixa condutividade/força eletrolítica, como o Ethomeen T25 e Ethoquad T25, as aminas graxas etoxiladas que utilizamos nos testes apresentados neste artigo.
• Em sistemas com muita causticidade, ou seja, com altas concentrações de Soda Cáustica, teste o Ampholak YJH 40. Se desejar menores níveis de espumação, sugerimos a utilização do AG 6206.
• Independentemente do sistema, não se esqueça de levar em conta os níveis de espumação desejados e o impacto da característica iônica do hidrótopo no produto final.

Seja qual for a situação em que esteja trabalhando, entre em contato com nosso SmartLab e descubra como podemos te ajudar a escolher o melhor hidrótopo para o seu caso! 

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