¿Qué es la tensión superficial y por qué debes tenerla en cuenta en la industria?

Muchos de los problemas que afectan a un producto final provienen de aspectos tan básicos como la tensión superficial. Esta propiedad debe tenerse en cuenta en la formulación de productos para innumerables industrias, desde cerámica hasta cosmética, pasando por agroquímica o productos de limpieza. Ajustar adecuadamente la tensión superficial puede prevenir la aparición de muchos problemas, así que hoy abordamos su papel en diferentes industrias, centrándonos en los problemas que pueden surgir si no se ajusta correctamente y sus posibles soluciones.

¿Qué es la tensión superficial?

Antes de entrar en sus aplicaciones en la industria, debemos tener claro qué es la tensión superficial. Se trata de una propiedad fisicoquímica en la que, debido a la atracción de las moléculas, la superficie de los líquidos se comporta como si estuviera recubierta una fina membrana elástica. Es una propiedad muy importante, ya que da respuesta a muchos de los comportamientos de los líquidos. Cada molécula del líquido en cuestión experimenta una fuerza en todas las direcciones, pero estas se equilibran gracias a las fuerzas de las moléculas que la rodean. No obstante, aquellas moléculas que están situadas en la superficie, al no tener más líquido encima de ellas, solo «hacen fuerza» hacia el interior y entre las moléculas vecinas. De este modo, se forma la «membrana» que dificulta que otros tipos de moléculas penetren en el interior del líquido. Esta es la causa de que algunos insectos puedan posarse en el agua sin hundirse o que las moléculas de aceite no se mezclen con las de agua. La tensión superficial también influye en cómo se distribuye el volumen de un líquido, ya que este tiende a ocupar la menor superficie posible. Esto explica por qué, ante la ausencia de otras fuerzas, las gotas adoptan la forma geométrica con menor superficie: la esfera. La tensión superficial varía según el líquido y otros factores, como la temperatura.

La tensión superficial en la agricultura

  En agricultura hablar de tensión superficial es hablar de tensioactivos, unas moléculas anfifílicas capaces de disminuir la tensión superficial entre dos sustancias. Para lograrlo, los tensioactivos poseen un extremo afín al agua (hidrófilo) y otro afín a la grasa (hidrófobo). El hecho de que cada extremo se sienta atraído por un solvente distinto hace que ambos tiendan a migrar hacia las interfases. Como resultado, la cola hidrófoba se orienta hacia el solvente orgánico y la cabeza hidrófila se queda dentro del agua. Esto conlleva la disminución de la tensión superficial, es decir, la eliminación de la barrera entre el agua y la grasa. Resumiendo, podemos decir que los tensioactivos permiten que sustancias que a priori no podrían mezclarse (como el agua y el aceite), lo hagan. Esta acción que parece tan sencilla es la base de muchos procesos en la formulación de productos agroquímicos. Como veremos a continuación, la elección de un tensioactivo en la formulación agroquímica es crucial, ya que impacta directamente en la aplicación del producto en la planta. Aunque existen cuatro tipos de tensioactivos, los más empleados en la agricultura son tres: tensioactivos no iónicos, tensioactivos aniónicos y tensioactivos anfóteros. En el caso de la agricultura, la importancia de los tensioactivos radica sobre todo en su capacidad para reducir la tensión superficial del producto sobre una superficie como, por ejemplo, las hojas; actuar como compatibilizantes en el agua de aplicación; solubilizar aceites esenciales en agua, o emulsionar agua en aceite y dispersar productos sólidos en fases líquidas (acusas u oleosas). En consecuencia, los tensioactivos se utilizan principalmente como humectantes, dispersantes, emulsionantes y antiespumantes. En el caso de los humectantes, desempeñan un papel crucial como adyuvantes en la aplicación de diversos tratamientos, mientras que los dispersantes y emulsionantes se incorporan a las formulaciones para otorgar estabilidad a los productos agroquímicos.

¿Para qué se utilizan los tensioactivos en la agricultura?

La función principal de los tensioactivos en la agricultura es su capacidad para reducir la tensión superficial de los productos, lo que se traduce en una mejor distribución sobre las hojas. Este fenómeno implica una mayor superficie de contacto y una absorción mejorada, conduciendo a una disminución de los costes y a una mejora significativa en los resultados de los productos agroquímicos. Ahora, profundicemos en las funciones específicas de los tensioactivos en el sector agroquímico:

• Humectantes

La correcta dispersión y penetración de los agroquímicos en las plantas son fundamentales para la eficacia de un producto formulado. Los tensioactivos disminuyen la tensión superficial del producto, ampliando así la superficie de contacto de la gota con la hoja y favoreciendo una mayor absorción por parte de la planta. Utilizados de manera adecuada, aumentan significativamente la eficacia del producto, contribuyendo a maximizar su impacto en la agricultura.

• Dispersantes

Las materias activas presentes en fertilizantes y pesticidas necesitan integrarse adecuadamente con el medio en el que se formula el producto, ya sea agua u aceites. Los tensioactivos, tanto en estado sólido como líquido, desempeñan un papel esencial al facilitar la mezcla de estas materias activas. Esto garantiza que, al entrar en contacto con el agua de aplicación, la integración sea rápida y homogénea. Este proceso asegura que el producto sea igualmente efectivo en todo el rango de aplicación, al tiempo que previene la aglomeración y la posterior precipitación de la materia activa, mejorando la estabilidad del producto.

• Emulsionantes

En la agricultura, muchas sustancias activas empleadas son moléculas apolares, lo que exige una emulsión adecuada con el agua de aplicación. Ya sea en formato de emulsión aceite en agua (Oil in Water, O/W) o emulsión agua en aceite (Water in Oil, W/O), los tensioactivos, y sus combinaciones, posibilitan una emulsión eficiente de los productos formulados. Asimismo, garantizan una dispersabilidad óptima y una buena estabilidad en el agua, especialmente cuando se requiere diluir el producto previamente a su aplicación.

• Antiespumantes

Los tensioactivos, además, pueden desempeñar el papel de antiespumantes en formulaciones agroquímicas. En este contexto, los antiespumantes actúan reduciendo la tensión superficial que se genera cuando el aire queda atrapado en un líquido, lo que debilita la pared de las burbujas y provoca su colapso. De este modo, se rompe la película que las mantiene estables y, como resultado, la espuma desaparece rápidamente.

La tensión superficial en la agricultura: conclusión

La implementación de buenas prácticas agrícolas requiere del uso de tensioactivos que reduzcan la tensión superficial del producto, mejorando así la eficiencia y rendimiento de los tratamientos agrícolas. Sin embargo, la amplia variedad de tensioactivos disponibles para formular un producto agroquímico puede convertir esta tarea en algo complejo. Nuestro equipo técnico está a tu disposición para ayudarte a encontrar la solución más adecuada a tu situación. Si deseas ponerte en contacto con nuestros expertos, rellena el siguiente formulario.

La tensión superficial en la industria cosmética

Al igual que sucede en la industria agroquímica, hablar de tensión superficial en cosmética es sinónimo de tensioactivos. Sin ir más lejos, las emulsiones (que precisamente son mezclas de sustancias a priori inmiscibles) son un tipo de formulación muy utilizada en cosmética. Las vemos en cremas, sérums y tantos otros productos de uso cotidiano. Pero también es gracias a los tensioactivos que productos como geles, champús y toda clase de limpiadores eliminen la suciedad. Además, también son los responsables de generar espuma, que mejora la sensorialidad del producto durante su aplicación. La tensión superficial también está detrás de fenómenos como la disolución de sustancias oleosas en vehículos acuosos y la humectación de los sólidos. En definitiva, este fenómeno es clave para la formulación de innumerables productos cosméticos, desde productos de higiene a perfumes, por lo que entender cómo funciona ayuda a los formuladores a “jugar” con ella y utilizarla a su favor, logrando así el efecto deseado en sus productos. Como ejemplo de ello, a continuación te explicamos cuál es el papel de la tensión superficial en la formación de espuma y en la formulación de emulsiones.

Formación de espuma con tensioactivos

Una de las características de los tensioactivos es su capacidad para generar espuma. Los tensioactivos pueden ser agentes espumantes eficientes o agentes espumantes eficaces, que no es lo mismo. Son eficientes cuando comienzan a generar espuma a concentraciones bajas de tensioactivo, mientras que se consideran eficaces cuando son capaces de producir una gran cantidad de espuma. Una buena forma de medir la capacidad espumante de un tensioactivo es utilizando la Concentración Micelar Crítica (CMC), que representa el punto en el que la tensión superficial permanece prácticamente constante, aunque la concentración del tensioactivo en disolución acuosa aumente.

Características de la espuma

En términos generales, cuanto mayor sea el valor de CMC se necesitará una mayor cantidad de tensioactivo para que se forme la espuma. Los tensioactivos iónicos tienden a tener valores de CMC más altos, lo que significa que requieren concentraciones más elevadas para generar espuma, y, por tanto, son menos eficientes en este aspecto. Sin embargo, esta falta de eficiencia se puede corregir aumentando la longitud de la cadena hidrofóbica del tensioactivo o mediante la adición de electrólitos, como el cloruro de sodio. Por el contrario, como ya hemos visto, la eficacia se mide según la cantidad de espuma que genera el tensioactivo. A menor tensión superficial del medio y menor fuerza de cohesión entre moléculas, más cantidad de espuma genera el tensioactivo. La eficacia de los tensioactivos, al igual que sucede con la eficiencia, también se puede ajustar. Por ejemplo, en el caso de tensioacticos aniónicos, si lo que se pretende es aumentar la cantidad de espuma producida, una opción es incrementar la longitud de la cadena alquílica. Además de la rapidez de formación y de la cantidad de espuma generada, también debemos tener en cuenta su estabilidad. Muchos tensioactivos requieren combinarse con otros para mantener la espuma una vez formada. Un ejemplo de ello, dentro del grupo de los tensioactivos aniónicos, son los alquilsulfatos. A pesar de que generan espuma en cantidad y de forma rápida, no son capaces de estabilizarla, haciendo que decaiga rápidamente. Para solucionarlo, se introducen en la fórmula con otros tensioactivos como las alcanolaminas, unos tensioactivos no iónicos que ayudan a la estabilización de la espuma. Sin embargo, es importante destacar que la capacidad espumante de los tensioactivos no está directamente relacionada con su capacidad de limpieza. La espuma forma parte de las propiedades sensoriales del producto final. Por último, aunque no los hayamos visto todos en este artículo, hay que tener en cuenta que existen cuatro tipos de tensioactivos: aniónicos, no iónicos, anfóteros y catiónicos. Tienen características muy diferentes entre sí, como su capacidad espumante, irritabilidad y limpieza, pero todos reducen la tensión superficial entre dos sustancias.

Productos recomendados para formar espuma

Como hemos mencionado, cada tensioactivo presenta características únicas, por lo que analizar las necesidades del formulador resulta esencial a la hora de seleccionar el tensioactivo más apropiado. En Zschimmer & Schwarz ponemos a tu disposición una gran variedad de tensioactivos que se ajustan a cada requerimiento. Te invitamos a ponerte en contacto con nuestro equipo técnico rellenando el siguiente formulario.  Ellos mismos te asesoraran en la elección del tensioactivo que mejor se adapte a tus necesidades.

La tensión superficial y las emulsiones

Tal y como hemos apuntado al principio del artículo, la tensión superficial también está detrás de la creación y estabilización de emulsiones. Cuando se busca mezclar dos sustancias que naturalmente no se combinan, es necesario utilizar un emulsionante. Al igual que los tensioactivos, estos compuestos tienen una estructura dual: una parte polar, que se siente atraída hacia la parte acuosa, y otra apolar, hacia la parte grasa. La disposición opuesta de sus extremos evita que las gotas de las dos sustancias se agrupen, lo que a su vez reduce la tensión superficial entre las fases y permite que se mezclen para formar una emulsión estable. Los emulsionantes se pueden clasificar según su solubilidad en una de las fases. Por un lado, están los emulsionantes hidrofílicos con un HLB entre 10 y 18, lo que significa que el emulsionante se siente más atraído por la fase acuosa que por el aceite. Esto se ve reflejado en unos niveles de tensión superficial muy bajos que hacen que sea más sencillo emulsionar líquidos donde el agua es la fase continua y el aceite es la fase dispersa. Por el contrario, los emulsionantes lipofílicos, con unos valores entre 3 y 6, son más solubles en el aceite que en el agua, haciendo que se utilicen en emulsiones donde el aceite es la fase continua.

Productos recomendados para formar emulsiones estables

Nuestros emulsionantes ayudan a conseguir una emulsión cosmética estable. Dentro de nuestra gama de productos, te recomendamos el emulsionante hot process PROTELAN NMF. Se trata de una mezcla optimizada de tensioactivos y otros ingredientes que facilitan la homogenización de los ingredientes immiscibles de tus formulaciones. Si prefieres utilizar un emulsionante cold process, te aconsejamos nuestro PROTELAN AGE, con INCI Disodium Cocoyl Glutamate y, además, también disponemos de este tensioactivo certificado COSMOS, que comercializamos con el nombre PROTELAN AGE-C .

La tensión superficial en la industria cosmética: conclusión

Como puedes ver, la tensión superficial desempeña un papel fundamental en la formulación de productos cosméticos, ya que influye tanto en las propiedades sensoriales como en la estabilidad de la emulsión. Dada la amplia variedad de opciones disponibles para formular un cosmético, esta tarea puede volverse compleja. Sin embargo, nuestro equipo de especialistas está disponible para brindarte orientación y ayudarte a encontrar la solución más adecuada en todo momento.

La tensión superficial en la producción cerámica

La tensión superficial está íntimamente relacionada con la estabilización de las emulsiones de muchas formulaciones, incluyendo aquellas utilizadas en la producción cerámica. Como hemos visto, la tensión superficial es una propiedad de los líquidos, lo que implica que también es una propiedad de los esmaltes cerámicos. Por supuesto, nos referimos al esmalte cuando está fundido. Como hemos mencionado arriba, debido a la tensión superficial, la superficie del esmalte se comporta como una membrana elástica. Los esmaltes ordinarios presentan en estado fundido una tensión superficial comprendida entre 40 y 55 mN/m. En comparación con el agua, se trata de una tensión superficial alta.

Problemas producidos por una tensión superficial incorrecta

Una incorrecta tensión superficial en el esmalte puede generar diversos problemas. En el caso de que esta sea demasiado alta, impide la formación de una capa intermedia entre el soporte y el esmalte, lo que favorece la retención de burbujas de aire en la superficie. Además, unos valores de tensión superficial elevados también pueden generar una textura ondulada conocida como “piel de naranja” en el azulejo. Esto se debe a que el esmalte se seca antes de alcanzar una superficie lisa. La tensión superficial es uno de los factores que se opone a que la superficie se estabilice. De hecho, si esta es lo bastante alta, podría no llegar a quedar lisa nunca. Por el contrario, unos valores bajos de tensión superficial conllevan una mayor reactividad del esmalte fundido. Ajustar los valores de la tensión superficial del esmalte, no solo previene dichos problemas, sino que también puede ofrecer algunos beneficios, como facilitar el cierre de los cráteres que se forman al reventar las burbujas, resultando en una superficie del esmalte más lisa.

Aditivos químicos para ajustar la tensión superficial

Existen en el mercado diversos productos químicos que tienen la capacidad de ajustar la tensión superficial según el sistema de aplicación elegido (spray, vela o campana), ya sea de forma indirecta o directa. Otra forma de clasificar los aditivos cerámicos es según el efecto deseado en la pieza cerámica. A continuación, vamos a conocer cuáles son los tipos de aditivos químicos más comunes para modificar y ajustar la tensión superficial:

• Tensioactivos

Los tensioactivos son unas sustancias anfifílicas que cuentan con la capacidad de reducir la tensión superficial. Esto es gracias a su naturaleza dual: su cola hidrófoba tiende a permanecer fuera del agua, mientras que su cabeza hidrófila permanece en el agua. Dado que los tensioactivos son completamente solubles en agua, su uso generalmente no conduce a defectos como poros o pinchados en los procesos de aplicación. Sin embargo, debido a su alto rendimiento, pueden generar espuma. Ese es uno de los motivos por los que hay que ser cuidadoso a la hora de elegir el producto adecuado. Dentro de nuestra gama de tensioactivos para cerámica nos decantamos por el PRODUKT KG 9033. Se trata de un tensioactivo para azulejos e inkjet que también funciona como ligante y nivelante en esmaltes. Además, es antirrepelente y deaireante.

• Antiespumantes

Durante la producción de los esmaltes cerámicos, es común someter las suspensiones cerámicas a una agitación constante para prevenir fenómenos de sedimentación. Sin embargo, esta agitación tiende a incorporar aire en la mezcla, lo que facilita la formación de la espuma. Para solucionar (o, idealmente, prevenir) este problema, se utilizan los antiespumantes, unos agentes químicos apolares. Estos actúan reduciendo la espuma promovida por los tensioactivos. No obstante, es importante manejarlos con cuidado para evitar otros efectos no deseados en el esmalte. Es decir, es necesario que el uso de antiespumantes se calibre según las necesidades y encontrar una solución a medida. Entre nuestra gama de aditivos antiespumantes, te recomendamos CONTRASPUM KWE, un antiespumante versátil apto para azulejos, sanitario, vajilla y cerámica de la construcción. Otra opción es TU 99, un antiespumante que también hace función de nivelante y que está especialmente diseñado para ajustar la tensión superficial de los azulejos. Sin embargo, como ya te hemos adelantado, nosotros te recomendamos realizar un ajuste de la tensión superficial tras haber analizado las necesidades concretas de tu esmalte.

• Humectantes

Los humectantes son compuestos formados por moléculas orgánicas ligeramente solubles en agua que humedecen las partículas inorgánicas de los esmaltes cerámicos. Su actuación se produce tanto en la interfaz entre el soporte cerámico y el esmalte como en la interfase entre el esmalte y el aire,siendo esta última la que reduce la tensión superficial. Además, esta misma disminución de la tensión superficial genera una desaglomeración de las partículas sólidas en suspensión, lo que a su vez favorece la dispersión homogénea dentro del sistema. Por tanto, los humectantes desempeñan una doble función: el ajuste de la tensión superficial y la acción niveladora sobre el esmalte. Ambas están estrechamente interconectadas, ya que es la elevada tensión superficial la que impide que las moléculas de agua entren en los aglomerados para humedecer las partículas. Al ajustar la tensión superficial, el agua es capaz de penetrar entre las partículas del sólido en suspensión, lo que hace que se deslicen dentro del sistema y se nivelen adecuadamente sobre el soporte. Su ligera solubilidad hace que se eviten fenómenos como la formación de espuma. No obstante, si no se tratan con cuidado puede que generen pinchados. Dentro de nuestra cartera de productos, te recomendamos nuestro GLYDOL N 1003, un humectante en formato sólido cuyas moléculas orgánicas son capaces de humedecer las partículas inorgánicas de los esmaltes cerámicos. Como resultado, ajustan la tensión superficial y nivelan el esmalte de la cerámica refractaria.

Tensión superficial y creación de estructuras

Hemos visto como una tensión superficial incorrecta puede producir numerosos problemas durante la producción cerámica, siendo especialmente notables durante la formulación y aplicación del esmalte. Sin embargo, saber qué es y cómo funciona la tensión superficial también te permite utilizarla a tu favor. Más allá de evitar problemas, podemos jugar con la tensión superficial para crear interesantes efectos. Por ejemplo, equilibrar la tensión superficial para obtener estructuras 3D. Si estás interesado, pregunta a nuestro equipo por nuestros productos para crear efectos 3D.

La tensión superficial en la industria cerámica: conclusión

Saber ajustar el esmalte de forma correcta puede evitar sufrir ciertos problemas, así como aprovechar algunos de sus beneficios. La diversidad de opciones disponibles para su ajuste hace que la búsqueda de soluciones a medida sea una opción primordial. Es por ello que es de gran relevancia conocer y estudiar tus necesidades y requisitos para elegir el producto más adecuado para tu caso. En Zschimmer & Schwarz contamos con expertos técnicos que te asesoran de forma personalizada durante todo el proceso para ayudarte a encontrar la solución más adecuada según tus necesidades. Contacta con nuestro equipo y deja que te aconsejemos.