Producción y usos de jabones metálicos

1. Jabones de sodio

1.1. Producción

Los jabones sódicos de ácido esteárico y oleico tienen la mayor importancia industrial. Se producen por reacción directa.

Se añade una solución de hidróxido de sodio al ácido graso y, una vez completada la reacción, el producto se seca y se muele.

1.2. Usos

El estearato de sodio se utiliza en diversos campos, pero principalmente en la industria farmacéutica y cosmética como agente emulsionante y gelificante. El oleato de sodio se utiliza ampliamente en la industria de la construcción como agente dispersante inicial que se convierte en agente impermeabilizante después de su aplicación.

2. Jabones de potasio

2.1. Producción

Los jabones potásicos se producen por reacción directa. Se añade una solución de hidróxido de potasio al ácido graso y, una vez completada la reacción, el producto se seca y se muele.

2.2. Usos

Los jabones potásicos, principalmente estearato y oleato, se emplean por sus propiedades hinchantes. Se utilizan para espesar aceites naturales y sintéticos y para elevar el punto de fusión y la flexibilidad de ceras y parafinas.

3. Jabones de litio

3.1. Producción

Los jabones de litio de ácido esteárico y 12-hidroxiesteárico tienen la mayor importancia industrial. Se producen por reacción directa en medio acuoso. Una solución muy diluida de hidrato de hidróxido de litio, LiOH.
Se añade lentamente H2O (concentración aproximada de 1:40, es decir, 2,5% en peso), con agitación intensa, al ácido graso disperso en agua en una proporción de 1:20 a 90 °C. Los jabones de litio son difíciles de filtrar; La floculación se mejora utilizando un exceso de hidróxido de litio o añadiendo sales neutras. Sin embargo, la dispersión de jabón de litio resultante a menudo no se filtra, sino que se seca por pulverización, aunque esto implica la evaporación de una gran cantidad de agua.

En condiciones de reacción modificadas, el hidrato de hidróxido de litio puede sustituirse por carbonato de litio y amoníaco.

3.2. Usos

Los jabones de litio tienen propiedades hinchables especialmente buenas. El estearato de litio tiene los siguientes usos:

1. Para espesar aceites naturales y sintéticos
2. Elevar el punto de fusión y la flexibilidad de las ceras y parafinas microcristalinas.
3. Como aditivo para ceras de recubrimiento para aumentar la repelencia al agua.
4. Como lubricante en la producción de artículos moldeados por inyección a partir de metales ligeros.

Las grasas lubricantes multiusos tienen propiedades de penetración especialmente buenas, una alta estabilidad a la oxidación y puntos de goteo de hasta aprox. 200°C.

El 12-hidroxiestearato de litio se utiliza principalmente para la producción de grasas lubricantes a base de aceites sintéticos (por ejemplo, de silicona y éster).

Estos lubricantes no pueden producirse mediante la saponificación habitual en aceite mineral porque los aceites sintéticos son atacados en las condiciones de saponificación empleadas.

4. Jabones de magnesio

4.1. Producción

Los jabones de magnesio se producen como sales neutras mediante el proceso de doble descomposición, utilizando sales de magnesio solubles en agua (principalmente cloruro de magnesio) y sales alcalinas de ácidos orgánicos en un medio acuoso, o mediante reacción directa con óxido de magnesio o hidróxido de magnesio. Particularmente importantes son los jabones de magnesio en polvo a base de ácido esteárico.

El grado de pureza requerido, especialmente en lo que respecta a las impurezas de metales pesados, determina la elección de las materias primas en los productos farmacéuticos. La calidad farmacéutica debe cumplir con los requisitos de las farmacopeas europea, japonesa y estadounidense.

4.2. Usos

Los jabones de magnesio tienen los siguientes usos:

• En la industria del plástico como lubricantes y desmoldeantes para plásticos termoestables y termoplásticos.
• En la industria farmacéutica como coadyuvantes de procesamiento en la producción de pastillas recubiertas de azúcar y como lubricantes para prensar tabletas.
• En la industria cosmética como componentes en polvo y para mayor consistencia en ungüentos sin agua.
• En la industria de las ceras para aumentar la retención de cremas a base de productos de cera semisólidos y en la producción de ceras lubricantes.
• En la industria de la construcción como agente impermeabilizante.

5. Jabones de calcio

5.1. Producción

Los jabones de calcio son generalmente sales neutras. Se obtienen por doble descomposición o reacción directa. Las materias primas se componen de ácidos alifáticos saturados de cadena lineal (C8-C22), ácidos céreos montanos, ácidos carboxílicos insaturados de cadena lineal (p. ej., ácidos oleico y linoleico), ácidos carboxílicos alifáticos de cadena ramificada (p. ej., ácidos etilhexanoicos), ácidos nafténicos. ácidos y ácidos resínicos. Como compuestos metálicos se utilizan cloruro de calcio, hidróxido de calcio y cal.

Los jabones de calcio muy finamente divididos de ácidos carboxílicos alifáticos de cadena lineal se obtienen mediante doble descomposición en medio acuoso. Los estearatos, miristatos y lauratos son productos comerciales, pero los jabones de calcio más importantes son los estearatos.

La reacción directa es el método de producción más común para los jabones de calcio sólidos.

En ambos casos los productos están libres de sales solubles en agua; su pureza depende de la calidad del hidróxido de calcio o de la cal utilizada.

Los jabones de calcio también se producen como jabones neutros mediante el proceso de doble descomposición a partir de sales de calcio solubles en agua y jabones de sodio en medio acuoso. Este proceso se puede utilizar para obtener una superficie específica muy alta, pero se utiliza principalmente para producir jabones de calcio altamente cristalinos.

Las pastas acuosas de estearato de calcio con un contenido sólido del 40 al 50% también se producen mediante el proceso directo y se utilizan como aditivos para el recubrimiento de papel (barbotines).

Los jabones de calcio que no están en forma de polvo y que, por tanto, se utilizan principalmente como soluciones en medios orgánicos (por ejemplo, 2-etilhexanoatos y naftenatos) se producen mediante reacción directa en un medio apropiado.

5.2. Usos

El estearato de calcio es el jabón de calcio más importante y se usa ampliamente en poliolefinas (PE, PP) y PVC como lubricante (interno o externo), agente de liberación y eliminador de ácido.

Los jabones de calcio se utilizan como lubricantes fisiológicamente inertes y estabilizadores secundarios en la industria del plástico para mejorar las propiedades de fluidez y evitar el apelmazamiento de sustancias higroscópicas; como lubricantes y desmoldeantes junto con jabones de magnesio en el prensado de comprimidos farmacéuticos; como aditivos impermeabilizantes en agentes utilizados para la protección de edificios y para el tratamiento superficial de masillas; y en la industria del papel en papel de registro, papel para diagramas y barbotinas.

6. Jabones de bario

6.1. Producción

Los ácidos orgánicos más importantes de los jabones de bario son los ácidos 12-hidroxiesteárico, láurico, 2-etilhexanoico y nafténico. Los compuestos metálicos utilizados son cloruro de bario e hidróxido de bario (mono u octahidrato).

6.2. Usos

Los jabones de bario se utilizan en la industria de pinturas para humectar pigmentos y como agentes de dispersión, en la conformación de metales como componente del trefilado y otros auxiliares, y en la industria del plástico como lubricantes y coestabilizadores.

7. Jabones de aluminio

7.1. Producción

Los jabones de aluminio comerciales se producen generalmente tratando jabones alcalinos con sales de aluminio solubles en agua. Durante la precipitación en sistemas acuosos se producen aglomerados de hidróxido de aluminio y ácidos carboxílicos que posteriormente reaccionan entre sí para formar sales durante el siguiente proceso de secado.

Como el aluminio es trivalente, son posibles tres tipos de jabón:

1. Monojabones de aluminio Al(OH)2(OOC–R)
2. El aluminio disuelve el Al(OH) (OOCR)2.
3. Trijabones de aluminio Al(OOCR)3

Para los jabones de aluminio se utilizan todos los tipos de ácidos orgánicos, particularmente los ácidos esteárico, oleico, nafténico y 2-etilhexanoico. El sulfato de aluminio, el sulfato de aluminio y potasio y el cloruro de aluminio son las sales de aluminio solubles en agua preferidas. En la producción industrial de los tres tipos de jabón de aluminio, los ácidos orgánicos se saponifican con 1, 2 o 3 moles de álcali, respectivamente.

Como los tres tipos difieren mucho en sus propiedades espesantes, hay productos comerciales disponibles con contenidos metálicos intermedios.

Se proporcionan contenidos de metales, cenizas y ácidos grasos libres para caracterizar los jabones. Para conseguir propiedades espesantes especiales, en particular para la producción de grasas lubricantes a base de aceite mineral, se combinan ácidos grasos
con ácidos carboxílicos aromáticos (por ejemplo, ácido benzoico o ftálico) o con ácidos grasos diméricos. De esta forma se obtiene una grasa lubricante con alta solidez al batanado y un alto punto de goteo.

Los jabones de aluminio en polvo se obtienen por doble descomposición en medio acuoso.

Las reacciones catalizadas entre ácidos grasos e hidrato de óxido de aluminio recién precipitado son conocidas, pero no se utilizan industrialmente. El hidrato de óxido de aluminio envejece demasiado rápido y no es adecuado para procesos de fusión o reacción directa en medios no acuosos debido a su baja reactividad.

Una excepción es la producción in situ de grasas lubricantes, en las que se utilizan alcóxidos de aluminio e hidrato de hidróxido de aluminio recién precipitado.

7.2. Usos

La propiedad de formación de gel de los jabones de aluminio se aprovecha en las industrias de aceites minerales, cosmética y farmacéutica. También se emplean en la industria de pinturas como agentes antisedimentantes y mateantes y para humectar pigmentos.

Los jabones de aluminio en polvo se utilizan como lubricantes en plásticos termoestables y termoplásticos, como agentes impermeabilizantes en la protección de edificios y como promotores de flujo para polvos apelmazantes.

8. Jabones de plomo

8.1. Producción

Los jabones neutros de plomo se obtienen por doble descomposición, por reacción directa en masa fundida o por reacción directa en medios acuosos en presencia de catalizadores como, por ejemplo, trietanolamina y alcoholes poco solubles.

Los Jabones Básicos de Plomo se producen por reacción directa en presencia de catalizadores en medios acuosos. Las sales de adición contienen como máximo dos moléculas de óxido de plomo (II) por una molécula de jabón de plomo neutro:

3 PbO + 2 HOOCR → 2 PbO·Pb(OOCR)2 + H2O

La reacción directa en la masa fundida no va más allá de la adición de una molécula de óxido de plomo (II) debido al aumento del punto de fusión. Sin embargo, en presencia de un medio orgánico fusible (p. ej., alcoholes grasos C16-C18 o una combinación de alcoholes grasos y parafina o ésteres de ácidos grasos de cadena larga), se puede añadir otra molécula de óxido de plomo (II) para obtener dispersiones. de jabones dibásicos de plomo.

La basicidad de los jabones básicos de plomo en la reacción directa depende de su solubilidad en disolventes. En general, sólo se puede añadir una molécula de óxido de plomo (II).

Para la producción de los jabones de plomo más importantes se utilizan ácidos esteárico, oleico, 2-etilhexanoico y nafténico de calidad técnica. La principal fuente de metal es el óxido de plomo. El acetato de plomo se utiliza como sal de plomo soluble en agua en el proceso de doble descomposición.

La reacción directa en medio acuoso se realiza con óxido de plomo (II) reactivo (litargirio, especificación comercial «amarillo canario»).

El contenido de óxido de plomo debe ser muy bajo porque esta modificación no puede formar sales de adición básicas. Sin embargo, la modificación roja es adecuada para la producción de sales neutras en estado fundido o en medio acuoso. En el proceso de fusión, el contenido de plomo metálico del óxido de plomo debe ser muy bajo para evitar el bloqueo de las válvulas por aglomeración.

Se deben respetar las normas de protección personal y medioambiental, especialmente con los jabones de plomo en polvo. Incluso la absorción de pequeñas cantidades de plomo puede provocar enfermedades crónicas.

8.2. Usos

Los estearatos de plomo neutros y básicos se utilizan como estabilizadores térmicos y lubricantes en el procesamiento de PVC, como lubricantes en la industria del lápiz y como aditivos para papeles especiales. El 2-etilhexanoato, naftenatos y resinatos de plomo se utilizan en la industria de pinturas para humedecer pigmentos y como secadores y en la industria de aceites minerales como componentes de lubricantes de alta presión.

Sin embargo, por motivos de seguridad, hoy en día se están sustituyendo por mezclas de estearato de calcio y zinc más otros estabilizadores.

9. Jabones de cobre

9.1. Producción

El cobre forma jabones neutros que se producen por doble descomposición o por proceso directo en masa fundida o en medios orgánicos. También se conoce la producción a partir de cobre metálico: el polvo de cobre se dispersa en nafta solvente y los jabones de cobre que son solubles en nafta solvente se forman mediante el paso de aire en presencia de un ácido orgánico.

Los jabones de cobre comerciales se producen a partir de ácidos esteárico, nafténico, oleico y 2-etilhexanoico. Como fuente de cobre para la doble descomposición se utilizan sales de cobre solubles en agua, principalmente sulfato de cobre; Para la reacción directa se utiliza hidróxido de cobre o carbonato de cobre básico.

La producción de jabones de cobre en polvo mediante doble descomposición requiere una planta separada, ya que la limpieza de las unidades de secado y filtración es casi imposible.

9.2. Usos

Los jabones de cobre se utilizan principalmente como fungicidas en madera y pinturas para barcos, textiles (por ejemplo, tiendas de campaña, toldos, sacos de arena, redes de camuflaje, cuerdas), papel y cartón. En comparación con los compuestos inorgánicos de cobre, tienen la ventaja de que son difíciles de eliminar por lavado. Los naftenatos, oleatos y 2-etilhexanoato se utilizan como soluciones en medios orgánicos.

10. Jabones de zinc

10.1. Producción

Los jabones de zinc más importantes son los estearatos de zinc. Los jabones neutros de zinc se producen por doble descomposición, reacción directa en la masa fundida, reacción directa en medios acuosos u orgánicos y reacción del óxido de zinc con ácidos grasos por debajo del punto de fusión de los jabones.

Los Jabones Básicos de Zinc producidos por doble descomposición se obtienen en forma de polvo; el resto básico puede estar en forma de jabón básico, óxido de zinc o carbonato de zinc.

En medios orgánicos, los jabones de zinc solubles (particularmente naftenatos, 2-etilhexanoato y oleatos) pueden volverse básicos durante la reacción directa mediante la adición de un exceso de hidróxido de zinc. Se pueden obtener jabones con 1,7 equivalentes de hidróxido de zinc por 1 equivalente de ácido.

Los jabones comerciales de zinc se producen a partir de los ácidos esteárico, láurico, oleico, 2-etilhexanoico y nafténico. Los derivados del ácido esteárico se producen a mayor escala. Como fuente de zinc para la doble descomposición se utilizan sales solubles en agua, preferiblemente sulfato y cloruro de zinc; Para la reacción directa se emplean óxido, hidróxido y carbonato de zinc.

Cuando en una sola planta se preparan varios tipos de producto se debe prestar atención al orden de producción porque el estearato de zinc actúa como rompedor de gel con los geles provenientes de jabones de aluminio. Normalmente los jabones de calcio, magnesio, zinc y aluminio se producen en una sola planta.

10.2. Usos

Los jabones de zinc se utilizan para los siguientes fines:

1. En la industria del plástico como lubricantes, desmoldeantes y componentes de estabilizadores de PVC.
2. En la industria del caucho, como agentes desmoldantes para productos no vulcanizados (también se utilizan jabones humectables de estearato de zinc y dispersiones de estearato de zinc en agua)
3. En pinturas, como agentes matificantes y abrasivos.
4. En la protección de edificios, como agentes impermeabilizantes.
5. Para textiles, también como agentes impermeabilizantes.
6. En la industria cosmética y farmacéutica, como aditivo a polvos corporales y faciales.
7. Como componentes de grasas para trefilado (en el trefilado de tubos se utiliza araquidato de zinc especial debido a su bajo contenido de cenizas)
8. En pinturas, como componentes de secadores y como antiaglomerantes de productos en polvo.

11. Jabones de cadmio

11.1. Producción

Los jabones de cadmio neutros y básicos se producen por doble descomposición, reacción directa en la masa fundida o reacción directa en medios orgánicos. Se utilizan habitualmente los ácidos esteárico, láurico, 12-hidroxiesteárico, oleico y 2-etilhexanoico.

El sulfato, cloruro y nitrato de cadmio se utilizan en doble descomposición, óxido e hidróxido de cadmio en la reacción directa. Los jabones de cadmio son muy tóxicos. El cadmio se acumula en órganos como el hígado y la glándula suprarrenal y se libera muy lentamente. La absorción de cantidades muy pequeñas de cadmio durante un largo período provoca enfermedades crónicas.

11.2. Usos

El uso de jabones de cadmio como componentes de estabilizadores de PVC está disminuyendo debido a sus propiedades tóxicas. Los estabilizadores de PVC sólidos contienen jabones de cadmio de ácidos grasos saturados, mientras que los estabilizadores líquidos contienen jabones de ácidos grasos de cadena corta insaturados o ramificados.

Los jabones actúan como estabilizadores de calor y luz, y los jabones de ácidos grasos saturados se utilizan como lubricantes en el procesamiento del PVC. A diferencia de otros jabones metálicos utilizados en el sector del PVC, los jabones de cadmio no afectan a la transparencia y son adecuados para productos de PVC duros y transparentes. Sin embargo, por motivos de seguridad, hoy en día se está sustituyendo su uso por mezclas de estearato de calcio y zinc más otros estabilizantes.

12. Jabones de manganeso

12.1. Producción

Los jabones neutros de manganeso (II) se producen por doble descomposición a partir de jabones alcalinos y sales de manganeso solubles en agua en un medio acuoso o en presencia de disolventes orgánicos, y por reacción directa en masa fundida o en medios orgánicos con óxidos, hidróxidos o sales de manganeso. de ácidos volátiles.

Los óxidos e hidróxidos son muy poco reactivos y deben prepararse recientemente; La conversión es generalmente incompleta.

En la reacción con manganeso metálico en forma de polvo o como gasa dividida, se añaden al disolvente ácidos carboxílicos inferiores (p. ej., ácido acético) como catalizadores.

Los Jabones Básicos de Manganeso(II) se producen por doble descomposición en medio acuoso; Los jabones alcalinos sobresaponificados (es decir, se usa más de 1 mol de álcali por mol de ácido) reaccionan con sales de manganeso solubles en agua.

El exceso de álcali forma hidróxido de manganeso o hidrato de óxido de manganeso, que se suma al jabón neutro de manganeso. Sin embargo, no está claro si se forma una verdadera sal de adición o una mezcla simple.

Los jabones básicos de manganeso son insolubles o poco solubles en disolventes orgánicos. Se utilizan habitualmente los ácidos esteárico, oleico, nafténico y 2-etilhexanoico. Las fuentes de manganeso para la doble descomposición son

sales de manganeso solubles en agua tales como cloruro y sulfato de manganeso; para la reacción directa se utilizan óxido, hidróxido y acetato de manganeso.

Los jabones de manganeso son peligrosos para la salud. Un peligro especial surge de la formación de polvo en los productos motorizados. Debido a su color marrón, se necesitan plantas de producción separadas para los productos en polvo.

12.2. Usos

Los jabones de manganeso se utilizan principalmente como secantes en pinturas, tintas de impresión y barnices a base de aceites secantes o resinas alquídicas. También se añaden productos básicos en polvo a las tintas de impresión.

Los jabones de manganeso se pueden utilizar como catalizadores (p. ej., en la oxidación de parafinas o en la reducción de ácidos grasos a alcoholes).

13. Jabones de hierro

13.1. Producción

Los jabones neutros de hierro (III) y los jabones mixtos de hierro (II) y hierro (III) se producen industrialmente. La formación de jabones básicos mediante la adición de óxido o hidróxido de hierro es conocida pero no se explota comercialmente.

Los jabones de hierro se obtienen por doble descomposición a partir de jabones alcalinos y sales de hierro hidrosolubles en medio acuoso con o sin disolventes orgánicos. La reacción directa en la masa fundida con óxidos de hierro no se completa y es muy lenta, por lo que es necesario un catalizador; el ácido graso libre que no ha reaccionado se extrae con alcohol.

Las materias primas utilizadas son los ácidos esteárico, oleico, nafténico y 2-etilhexanoico. En la descomposición doble se utiliza generalmente como fuente de hierro cloruro de hierro (II) o cloruro de hierro (III); en la reacción directa se emplean óxido, hidróxido o carbonato de hierro.

Debido al color intenso de los jabones de hierro, se necesitan unidades de precipitación separadas. Aunque los jabones de hierro no suponen un peligro para la salud, durante su manipulación se deben respetar las normas locales relativas a la protección personal y medioambiental de los productos que producen polvo.

13.2. Usos

Los jabones de hierro son componentes de las mezclas para secadoras. Por su color intenso, se utilizan únicamente con colores oscuros. La función del hierro como secador se basa en la polimerización a temperatura elevada en lugar de catalizar la oxidación.

Hoy en día la principal aplicación es en la agricultura como catalizador de la fotodegradación de películas de poliolefina. Esta aplicación aumenta drásticamente la biodegradación de los polímeros, evitando su acumulación en el suelo y por lo tanto estas sales pueden considerarse amigables con el medio ambiente.

Otros usos son como catalizadores de hidrogenación, como lubricantes de película seca en forma de capas adhesivas monomoleculares, en la producción de papel de copia rápida, en impermeabilizantes y en productos farmacéuticos como compuestos de hierro solubles en aceite para el tratamiento de diferentes enfermedades.

14. Jabones de cobalto

14.1. Producción

Se conocen jabones de cobalto (II) neutros y débilmente básicos. Se producen por doble descomposición utilizando jabones alcalinos con sales de cobalto solubles en agua en un medio acuoso con o sin disolventes orgánicos o por reacción directa mediante el proceso de fusión o en disolventes.

La reacción del cobalto metálico en forma de polvo o gasa en medios orgánicos es también es posible; El aire actúa como agente oxidante.

Se utilizan los ácidos esteárico, oleico, nafténico y 2-etilhexanoico. Para la doble descomposición, se utiliza sulfato de cobalto (II) como sal soluble en agua; para la reacción directa se emplean acetato de cobalto, hidróxido de cobalto (II) y óxido de cobalto (II).

Los jabones de cobalto tienen un color azul violeta intenso. Los jabones en polvo deben producirse en plantas independientes. El polvo de los jabones de cobalto es peligroso para la salud. Deben observarse las normas locales relativas a la protección personal y medioambiental y el etiquetado obligatorio de los envases.

14.2. Usos

Los jabones de cobalto son secadores muy eficaces para tintas de impresión y escritura porque catalizan la oxidación. El estearato de cobalto se utiliza como adhesivo para uniones caucho-metal. Por motivos de salud se está evaluando su sustitución por otros materiales.

15. Jabones de níquel

15.1. Producción

El níquel divalente forma jabones neutros a débilmente básicos. Se obtienen por doble descomposición de jabones alcalinos y sales de níquel solubles en agua en un medio acuoso en presencia de disolventes orgánicos o por reacción directa en masa fundida o en disolventes con óxido, hidróxido o sales de ácidos volátiles de níquel.

En el proceso de fusión, la descomposición se produce por encima de 200 °C con la formación de un polvo negro. Los ácidos habituales son los ácidos esteárico, oleico, 2-etilhexanoico y nafténico. El sulfato y el cloruro de níquel se utilizan como sales solubles en agua para la doble descomposición, y el hidróxido, óxido, acetato o carbonato de níquel (II) para el proceso de fusión.

Los jabones de níquel en polvo deben producirse en plantas separadas debido a su color verde intenso. El polvo de los jabones de níquel es peligroso para la salud. Se deben respetar las normas locales sobre protección personal y medioambiental y el etiquetado obligatorio. Durante el procesamiento de óxido y carbonato de níquel se deben tomar medidas de protección debido a sus propiedades cancerígenas.

15.2. Usos

Los jabones de níquel se utilizan como catalizadores de oxidación en secadores; como catalizadores de hidrogenación solubles en aceite, que liberan níquel finamente dividido al calentarlo o descomponerlo; como detergentes en éter de petróleo; y como aditivos en aceites lubricantes para prevenir la ciclación y la resinificación. Por motivos de salud se está evaluando su sustitución por otros materiales.

Referencia

• Metallic Soaps; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a16_361.pub2