Un nuevo proceso productivo en la industria química casi siempre empieza con la elección del solvente más apropiado para la formulación de un nuevo medicamento, una pintura con secado más rápido o hasta un champú que ayuda a desenredar el cabello. Al seleccionar el solvente adecuado, que no es otra cosa que un líquido, como la acetona, el benceno, el alcohol y tantos otros, es posible separar un ingrediente de una sustancia compleja. Aun cuando el producto final sea un sólido, los procesos de fabricación industrial en sus etapas iniciales generalmente se inician en bases líquidas. En las pruebas tradicionales en los laboratorios, la fase de experimentación para identificar los solventes más indicados para un nuevo producto, o incluso para modificar formulaciones que ya se encuentran en el mercado, pueden demorar varios días, e incluso semanas. Pero ahora, un software desarrollado en el marco de un convenio entre Rhodia Brasil y la Facultad de Ingeniería Química (FEQ) de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) permite imprimirle rapidez a ese proceso, lo cual redunda en un gran ahorro de tiempo.
Respuesta rápida
“Esta herramienta nos ha aportado una gran mejora, que reside en la velocidad de respuesta a los problemas de nuestros clientes y la agilidad en el desarrollo de nuevos procesos productivos”, dice Richard Macret, director de investigación y desarrollo de la empresa para Latinoamérica. La empresa es subsidiaria del grupo Rhodia, con sede en Francia y con unidades industriales en casi cien países, que tiene como foco la química fina, las fibras y los polímeros. Anteriormente, Rhodia había desarrollado otro software destinado a buscar la mejor mezcla de solventes para polímeros. Pero ése no lograba prever la solubilidad -la cantidad máxima de sólido que puede disolverse en un solvente- de un tipo de productos: los sólidos cristalinos. En dicha categoría química, así llamada debido a su ordenamiento molecular, que sigue siempre un patrón regular de distribución, se encuentran por ejemplo los principios activos de los medicamentos.
Antes de empezar a utilizar el nuevo software, producto de un proyecto de investigación financiado por la FAPESP en el marco del programa Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE), Rhodia trabajaba con una lista estándar de alrededor de 90 solventes, tanto para producir sus productos como para atender los pedidos de los clientes. “Hacían experimentos con cada uno de ellos, un proceso lento, caro y no muy apropiado”, comenta el profesor Martín Aznar, coordinador del proyecto. “Pero ahora hemos desarrollado una herramienta que permite restringir esta lista a tan solo seis o siete solventes, que de cualquier manera es representativa”, dice. Para crear el software, los investigadores tomaron como base un modelo teórico denominado metodología de Hansen, utilizado en la industria química desde la década de 1970 para la formulación de productos con polímeros, que son los plásticos, las gomas y las siliconas, y solventes orgánicos, especialmente pinturas. Pero ese método aún no se había empleado para los sólidos cristalinos.
Fase de equilibrio
El modelo empleado para determinar los valores de solubilidad se vale de tres parámetros, llamados fuerza de dispersión, fuerza polar y uniones de hidrógeno. Estas tres variables actúan en la interacción de las moléculas del reactivo y del sólido. Al utilizar esta metodología, es posible detectar los solventes o las mezclas de solventes más apropiados para disolver polímeros. Los investigadores extendieron la aplicación de esa técnica a los sólidos cristalinos. Y fueron más allá. “Antes de nuestro trabajo, los parámetros de solubilidad se determinaban con base en informaciones cuantitativas”, dice Aznar. Este tipo de información se obtenía mediante la evaluación del equilibrio de fases entre sólido y líquido. Para entender cómo esto funciona, basta con recurrir a una imagen sencilla: el punto de disolución del azúcar en el agua. En determinado volumen, el agua es capaz de disolver el azúcar. Pero, cuando el azúcar comienza a depositarse en el fondo del recipiente, se dice que la solución se ha saturado, es decir, que ha alcanzado el punto de equilibrio. Para llegar al resultado buscado usando esta metodología, es necesario utilizar una gran cantidad de reactivos.
Uno de los cambios planteados con este proyecto es el uso de datos cualitativos. Mediante este método, basta con tomar un tubo de ensayo, poner en él una cantidad estándar de solvente puro, estipulada en 0,9 gramo por 0,1 gramo de sólido, y dejarlo agitándose durante 24 horas en una máquina mezcladora, en posición vertical.
De esta forma, tanto el sólido como el solvente permanecen en contacto todo el tiempo. Para efectuar el test, se utilizan 47 frascos con diferentes solventes. “Es un método más rápido y más barato que el cuantitativo, pues lo único que hay que hacer es ver si el sólido se ha disuelto”, dice Marlus Pinheiro Rolemberg, que también participó en la investigación en calidad de becario de posdoctorado. En el laboratorio de la FEQ, Unicamp, debido al tamaño del agitador, los frascos que se utilizan son los tradicionales tubos de ensayo. Pero en Rhodia, los recipientes de vidrio son diminutos, y no tienen ni 5 centímetros de longitud. De esta forma, se reducen los gastos con reactivos para hacer los ensayos de solubilidad y en el tiempo de respuesta. Con las informaciones cualitativas y la metodología de Hansen, el programa desarrollado en la Unicamp apunta cuáles son los solventes más apropiados para trabajar con sólidos cristalinos y también con polímeros. Los más adecuados aparecen indicados en la pantalla de la computadora.
Las investigaciones que llevaron al desarrollo del software se hicieron en asociación con el Centro de Investigaciones de Paulínia, uno de los cinco centros que el grupo francés tiene en el mundo, responsables del desarrollo de aplicaciones y nuevos productos y procesos. Otros dos están instalados en Lyon y Aubervilliers, Francia, uno en Cranbury, Estados Unidos, y el último en Shangai, China. Éstos funcionan interconectados, como una red. “Cuando hay un problema de solvencia en Francia, Estados Unidos o China, ellos nos consultan para saber qué solvente se adecua más a determinada aplicación”, dice Macret. Al final del año pasado, se utilizó el software para solucionar un problema que había en un producto desarrollado en uno de los centros de investigación de Francia. Por una cuestión de secreto industrial, los investigadores dijeron que se trata meramente de un catalizador (una sustancia que se emplea para modificar la velocidad de una reacción química) que, al probárselo en escala piloto en laboratorio, estaba reaccionando con un solvente. “Ellos pretendían hallar opciones de otros solventes”, comenta Rolemberg. “Hicimos las pruebas y apuntamos cuáles se adecuaban mejor a aquella molécula con la que ellos estaban trabajando.”
Al margen de fabricar solventes, la empresa también atiende solicitudes de clientes que necesitan cambiar algo en sus fórmulas con motivo de problemas ambientales, de legislación o, incluso, porque el solvente empleado reacciona con el producto. “La demanda referente al cambio en busca de solventes más eficaces ha ido en aumento, tanto en Europa como en Estados Unidos, y está llegando a Brasil”, dice Macret. “El software nos brinda la indicación de qué solventes podemos utilizar en ese intercambio. En lugar de probar con seis, lo hacemos directamente con dos o tres”. Esta herramienta es para Rhodia una pieza importante, pues ayuda en proyectos desarrollados en laboratorio, en las etapas iniciales del proceso industrial. “Permite entrar en un ángulo al que otros software no llegan”, dice Macret. Para los investigadores, la senda para llegar al software y a la aplicación de la metodología de Hansen para sólidos cristalinos desembocó en artículos científicos que se encuentran en fase de preparación.
Lanzaperfume
El centro de investigaciones de Roída, con sede en Paulínia, una localidad vecina a Campinas, se encuentra dentro de una antigua hacienda que la empresa comprara en 1944 para plantar caña de azúcar y producir alcohol. En dicho centro se creó una nueva línea de productos para el tratamiento del cuero, y se llevaron a cabo estudios de utilización de polímeros en champúes que tienen la función de domar cabellos crespos. De origen francés, la firma se instaló en Brasil en diciembre de 1919 para fabricar el cloruro de etilo, principal componente del lanzaperfume, un producto que fue un gran éxito de ventas de la empresa en el país en los Carnavales de antaño. La primera fábrica se instaló en Santo André, en la zona conocida como Gran ABC paulista, y se destinaba a la producción de productos químicos y farmacéuticos. Con el correr del tiempo, amplió su radio de actuación y empezó a trabajar en el desarrollo de hilos textiles sintéticos. El primero de estos fue la poliamida, empleada en la confección de medias y mayas de baño, que después pasó a utilizarse en otras aplicaciones, incluso fuera del sector textil, como en la producción de neumáticos.
La empresa brasileña emplea alrededor de 3 mil personas, y en 2003 tuvo una facturación del orden de los 1.800 millones de reales. En todo el mundo, el grupo tiene una plantilla de personal que llega a los 23 mil empleados, y facturó cerca de 5.400 millones de euros en 2003. Las inversiones anuales en investigación y desarrollo, que comprenden a los centros de investigación y laboratorios dispersos por el mundo, son de alrededor de 180 millones de euros. En Brasil ascienden a unos 30 millones de reales por año. Las inversiones en este sector incluyen también la concreción de convenios y sociedades con las universidades. Para el profesor Aznar, esta interacción es importante y útil para ambas partes. “La empresa logra resolver un problema práctico al usar el conocimiento académico; y la universidad puede aplicar su conocimiento y generar un resultado valioso para la sociedad.”
El Proyecto
Predicción de la solubilidad de polímeros polares y sólidos cristalinos en mezclas de solventes (nº 01/11123-9); Modalidad Programa Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE); Coordinador Martín Aznar – Facultad de Ingeniería Química de la Unicamp; Inversión R$ 50.505,00 (Rhodia) y R$ 15.997,00 (FAPESP)
