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EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA PREPARACIÓN DE CONCENTRADOS (POLVOS COSMÉTICOS) EN LA INDUSTRIA COSMÉTICA CATALINA CASTILLO RIVADENEIRA Asesor Óscar Alberto Álvarez Solano UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BOGOTÁ 2010

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EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA PREPARACIÓN DE

CONCENTRADOS (POLVOS COSMÉTICOS) EN LA INDUSTRIA COSMÉTICA

CATALINA CASTILLO RIVADENEIRA

Asesor

Óscar Alberto Álvarez Solano

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

BOGOTÁ

2010

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... 4

1. MOLINO A CHORRO O MICRONIZADOR ...................................................................................... 6

2. MOLINO DE MARTILLOS ................................................................................................................ 8

3. POLVOS EN LA INDUSTRIA COSMÉTICA.......................................................................................... 8

3.1 Propiedades importantes ..................................................................................................................... 8

3.1.1 Polvos cubrientes: opacidad ......................................................................................................... 8

3.1.2 Absorbancia ................................................................................................................................ 9

3.1.3 Deslizamiento.............................................................................................................................. 9

3.1.4 Adherencia .................................................................................................................................. 9

3.1.5 Luminosidad ............................................................................................................................... 9

3.1.6 Color ......................................................................................................................................... 10

3.1.7 Perfume..................................................................................................................................... 10

4. METODOLOGÍA .............................................................................................................................. 10

4.1 Caracterización de los concentrados .................................................................................................. 10

4.1.1 Densidad aparente y asentada .................................................................................................... 10

4.1.2 Ángulo de reposo estático .......................................................................................................... 11

4.1.3 Presencia de volátiles................................................................................................................. 12

4.1.4 Clasificación según Geldart ....................................................................................................... 12

4.1.5 Tamaño ..................................................................................................................................... 13

4.1.6 Forma ....................................................................................................................................... 14

4.1.7 Granulometría ........................................................................................................................... 15

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6

4.2 Procedimiento compuesto ................................................................................................................. 17

4.3 Fabricación de sombra y rubor .......................................................................................................... 17

4.4 Distribución de tamaño de partícula del concentrado micronizado ..................................................... 18

4.5 Pruebas de calidad del producto final ................................................................................................ 19

4.5.1 Prueba de caída ......................................................................................................................... 19

4.5.2 Prueba de brillo/resplandor/destello ........................................................................................... 19

4.5.3 Prueba de cobertura de la aplicación .......................................................................................... 20

4.5.4 Prueba de densidad y textura ...................................................................................................... 20

5. RESULTADOS ................................................................................................................................. 21

5.1 Caracterización ................................................................................................................................. 21

5.2 Procedimiento compuesto realizado en planta piloto .......................................................................... 24

5.3 Fabricación rubor y sombra realizado en planta industrial .................................................................. 24

5.3.1 Pruebas de calidad rubor y sombra ............................................................................................. 25

6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ...................................................................................................... 28

6.1 Caracterización de concentrados ................................................................................................ 28

6.2 Procedimiento compuesto .......................................................................................................... 31

6.3 Fabricación del rubor y la sombra .............................................................................................. 31

6.4 Pruebas de calidad del rubor y la sombra .................................................................................... 32

7 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 33

REFERENCIAS ......................................................................................................................................... 35

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4

INTRODUCCIÓN

La mayoría de las propiedades de los cosméticos están directamente relacionadas con las

propiedades físicas de los concentrados que los conforman. Los concentrados son polvos

cosméticos que presentan en cierto porcentaje colorante, aglutinante, preservante,

antioxidante, lubricante, entre otras materias primas. Su capacidad de flujo o de fluidizarse,

viene determinada por muchos factores como lo son: el tamaño y forma de partícula, la

distribución de tamaño de partícula, la presencia de lubricante, y la cantidad de volátiles

que puedan presentar. Adicionalmente se evaluaron la densidad aparente y asentada. Dichas

propiedades determinan las condiciones a las cuales se debe operar el micronizador para

obtener resultados satisfactorios.

El término micronización se refiere a la reducción de un polvo a partículas de

aproximadamente 10 μm (para polvos cosméticos el límite superior es de 20 μm). Este

proceso emplea un molino a chorro, el cual reduce el tamaño de la partícula por impacto y

atrición, usando una corriente de aire a gran velocidad. La micronización tiene lugar

inmediatamente por las colisiones entre las partículas suspendidas en la corriente de aire.

En la mayoría de los casos, la micronización es empleada para maximizar el área de

superficial de la partícula con el fin de mejorar la tasa de disolución (Omelczuk, Wang, &

Pope, 1996).

Independientemente de la formulación del producto, el proceso de micronización permite

una buena dispersión de los pigmentos y adherentes, calidad de colores brillantes,

sedosidad al tacto, duración del maquillaje y larga vida de repisa del producto. Los

productos micronizados pocas veces exceden los 20 μm; más abajo de la percepción

dactilar que es de 50 μm (APTM S.A, 2005).

El molino a chorro o micronizador, se debe operar a condiciones de presión de Venturi y de

cámara de molienda tales que el rendimiento del equipo sea el mayor posible, y la

distribución de tamaño de partícula del bulk final se encuentre dentro del rango permitido

(ver tabla 1). Además de las presiones ya mencionadas, la velocidad de alimentación

también influye en el rendimiento y en la distribución de tamaño de partícula.

Tabla 1. Rango de distribución de tamaño de partícula

d(0,1) d(0,5) d(0,9)

Rango ≤ 3 μm ≤ 12 μm ≤ 30 μm

En la actualidad, la industria cosmética se encuentra desarrollando proyectos de mejora

para el proceso de micronizado. Las principales razones por las cuales se lleva a cabo se

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5

deben al número significativo de inconformes en los productos finales, y a la pérdida de

materia prima durante el proceso.

La empresa cosmética asociada a este proyecto ha realizado ya dos fases previas a este

estudio. La primera consistió en la clasificación de los concentrados tomando como criterio

la cantidad y el tipo tanto de aglutinante como de colorante en su formulación. Como

resultado se obtuvieron 10 grupos de concentrados en total (ver tabla 2). Adicionalmente en

esta fase, se definió el diseño de experimento 22 para la presión en el Venturi (7 bar nivel

alto y 6 bar nivel bajo), y en la cámara de molienda (5 bar nivel alto y 4 bar nivel bajo).

Tabla 2. Clasificación de los concentrados

Grupo Característica grupo

1 Concentrados con colorantes

tipo A del 60 - 40%

2 Concentrados con colorantes

tipo B del 60 - 40%

3 Concentrados con colorantes

tipo C del 60 - 40%

4 Concentrados con colorantes

tipo C al 80%

5 Concentrados con polvos

blancos sin aglutinante

6

Concentrados con polvos

blancos y aglutinante 1 al 11-

15%

8 Concentrados con talco y

aglutinante 1 del 0 - 5%

9 Concentrados con talco y

aglutinante 2

10

Concentrados con colorantes

tipo A, B y C al 60% y

aglutinante 1 al 0-2%

En la segunda fase del proyecto, se realizaron los experimentos con un concentrado de cada

uno de los grupos, haciendo énfasis tanto en el efecto de la presión del Venturi y de la

cámara de molienda, como en el del flujo de alimentación, en la distribución de tamaño de

partícula y en el rendimiento obtenido (ver tabla 3). Por último, se planteó un

procedimiento compuesto de reducción de tamaño de partícula para aquellos grupos con

alto contenido de colorante y aglutinante.

Page 6: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

6

El presente estudio es la tercera fase del proyecto que desarrolla la empresa cosmética

asociada. En esta tercera fase se establecieron las características físicas de cada uno de los

concentrados y las condiciones de operación del micronizador que garantizan un buen

rendimiento y distribución de tamaño de partícula. Adicionalmente se mejoraron las

características de dos productos ya terminados, rubor y sombra, con concentrados

micronizados a las condiciones del estudio. Por último, por medio del procedimiento

compuesto fue posible identificar que para la reducción de tamaño de partícula de los

concentrados con alto contenido de colorante es posible lograrla sólo con una mezcla a alta

revolución.

Tabla 3. Condiciones de operación propuestas para el estudio en la tercera fase

Grupos Presión Venturi

(bar)

Presión cámara

(bar)

Flujo de alimentación

(kg/h)

1, 2, 3, 5 y 10 5 4 28 - 38

8 y 9 6 4 35 - 40

1. MOLINO A CHORRO O MICRONIZADOR

El equipo con el cual se realizan las pruebas es el micronizador CosmoJet. Es un molino a

chorro utilizado para la reducción del tamaño de partícula (APTM S.A., 2007). Este equipo

está diseñado para operar con aire comprimido para productos que no presenten ningún

riesgo potencial de explosión y formación de partículas suspendidas. Emplea un proceso de

molienda para reducir el tamaño las partículas de los productos a rangos entre 1-15

micrones. Si se desea conocer más acerca del equipo favor remitirse al manual de operación

del mismo.

Los micronizadores consisten en una cámara de molienda poco profunda, donde el material

a ser micronizado se movido por un cierto número de chorros de aire comprimido

provenientes de unos orificios espaciados alrededor del perímetro de la cámara.

El producto es continuamente alimentado en A, a través de un sistema Venturi

especialmente diseñado, compuesto de un tuno Venturi (VT) y una boquilla Venturi (VN).

La línea de gas comprimido (B) para aire comprimido o gas inerte tiene que ser mantenida

a una presión constante, para asegurar una alimentación constante en la cámara de molienda

(ver figura 1).

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En el chorro de aire, la micronización es promovida por las fuertes colisiones entre las

partículas, gracias a la gran turbulencia creada por los chorros periféricos. Este proceso

tiene lugar principalmente en el primer tercio externo de la cámara de molienda, donde las

fuerzas impulsoras de los chorros de aire son preponderantes.

Las partículas son separadas en el mayor flujo de vortex, con unos componentes de

velocidad tangenciales entre 30-150 m/s, y componentes radiales de 3 m/s, creados por un

clasificador estático especial, incorporado en el centro de la cámara de molienda,

compuesta del clasificador superior (UC) y del inferior (LC) (ver figura 1).

Las partículas gruesas son regresadas por las fuerzas centrífugas a la periferia de la cámara

de molienda, retornando a la zona de colisión. Estas incrementan la frecuencia de colisión y

mejoran la eficiencia de la micronización.

Las partículas ultrafinas con una fina distribución de tamaño son dirigidas por el flujo de

gas fuera de la cámara de molienda, y pueden ser fácilmente recolectadas en el fondo del

micronizador (D), ó separadas de la corriente de gas por un separador de polvo (por E) (ver

figura 1).

Figura 1. Principio de funcionamiento micronizador

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8

2. MOLINO DE MARTILLOS

Los molinos de martillos utilizan el principio de molienda de impacto, también conocido

como molino pulva-sizer. Todo el proceso de reducción del tamaño es enteramente

mecánico. En general se recomienda este tipo de molino para la molienda de materiales

semi-suaves y duros cuando se requiere un tamaño de partícula alrededor de 44 μm (Olaya,

E. A., 2007).

El pulverizador o pulva-sizer, consiste en un ensamblaje de rotor del cual cuelgan martillos

que giran a una revolución máxima de 2000 rpm (en el caso del equipo empleado); una tapa

en su interior lleva “el alineador de deflexión múltiple” (MD liner), el cual es fundamental

en la operación de reducción del tamaño de la partícula; una malla de acero retenedora

perforada que se encuentra en la salida del producto, generalmente en la parte inferior del

molino; y un mecanismo de alimentación de la cámara de molienda a través de una tolva

(Olaya, E. A., 2007).

3. POLVOS EN LA INDUSTRIA COSMÉTICA

3.1 Propiedades importantes

La función del polvo facial es proporcionar una terminación suave a la piel, enmascarando

imperfecciones visibles menores y todo brillo debido a la humedad o grasa del a sudoración

o preparaciones utilizadas sobre la piel. Desafortunadamente ninguna sustancia simple

posee todas las propiedades deseadas- polvo cubriente, absorbancia, deslizamiento,

adherencia y lozanía-, pues un polvo facial moderno es una mezcla de varios constituyentes

cada uno de ellos seleccionado por alguna cualidad específica (Wilkinson, 2008). Algunos

de los concentrados con los que se trabajaron hacen parte de las materias primas para la

elaboración de polvos faciales.

3.1.1 Polvos cubrientes: opacidad

Uno de los principales atributos del polvo es que cubra los diferentes defectos de la piel

facial, incluyendo cicatrices, manchas, poros dilatados y brillo excesivo. Para cumplir con

este atributo se emplean el dióxido de titanio y el óxido de zinc como principales

encubridores. Además del medio que rodea al pigmento, es necesario considerar el tamaño

de la partícula. Una reducción en el tamaño de la partícula permitirá extender la sustancia

en capas más finas y así proporcionar una cobertura física incrementada. Al mismo tiempo,

la reducción en el tamaño de la partícula se acompaña de un aumento de dispersión de luz,

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9

así que se incrementa la opacidad del polvo, por tanto, el poder cubriente óptico

(Wilkinson, 2008).

3.1.2 Absorbancia

La segunda función importante de los polvos faciales es eliminar el brillo cutáneo

absorbiendo secreciones sebáceas y sudor. El requerimiento principal de una sustancia para

este propósito es una elevada capacidad absorbente. Las propiedades absorbentes del agua

de los polvos faciales o constituyentes de polvos faciales pueden determinarse por el

método de Hewitt. Los constituyentes de elevada opacidad, tales como óxidos de zinc y

titanio, tienden a enmascarar la grasa, mientras que el almidón, los yesos y el caolín sólo

absorben cierta cantidad de grasa (Wilkinson, 2008).

3.1.3 Deslizamiento

El deslizamiento es la cualidad de fácil extensión y aplicación del polvo para proporcionar

una sensación de suavidad característica sobre la piel. Este es impartido principalmente por

el talco y también por jabones metálicos, tal como estearato de zinc y, en menor grado,

almidón (Wilkinson, 2008).

3.1.4 Adherencia

La adherencia es otra propiedad importante de los constituyentes de polvos faciales, que

determina cómo el polvo se sujeta al rostro. Se imparte a los polvos faciales por la inclusión

de talco y algunos jabones metálicos insolubles en agua del ácido esteárico, tales como

estearatos de zinc y magnesio. También se puede mejorar esta propiedad con la

incorporación de ciertos emolientes tales como alcoholes cetílico y estearílico y

monoestearato de glicerilo, usualmente cantidades que varían entre el 0,5 y el 1,5 por 100

(Wilkinson, 2008).

3.1.5 Luminosidad

Las sustancias principalmente usadas para impartir luminosidad, cuyo requerimiento puede

variar según la moda, son el yeso, almidón de arroz y almidón preparado (Wilkinson,

2008).

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3.1.6 Color

Se deben evitar los colorantes hidrosolubles o liposolubles por el peligro al exudado de

color después de la aplicación debido a la solubilización por secreciones lipídicas y sudor.

Todos los colorantes utilizados en productos cosméticos, con sus límites de pureza, se rigen

por la Directiva de Cosméticos. Por otro lado, es aconsejable mantener formulaciones de

colores tan simples como sea posible de modo que sea más fácil la comparación con

partículas nuevas (Wilkinson, 2008).

3.1.7 Perfume

Habitualmente los polvos se perfuman muy ligeramente. El olor del polvo facial debe ser

aromático y agradable. Debe comprobarse cuidadosamente la compatibilidad del perfume

con otros constituyentes del producto. Finalmente, se deben verificar sobre el producto

terminado ciertos ensayos de aceptación del perfume (Wilkinson, 2008).

4. METODOLOGÍA

4.1 Caracterización de los concentrados

Los sólidos particulados presentan dos propiedades importantes. Las primarias que hacen

referencia la naturaleza físico-química del material y las secundarias que emergen cuando

el sólido se asocia con otra fase (Muñoz, Caracterización de sólidos y diseño de silos,

2009). La caracterización llevada a cabo a los concentrados se hizo con miras a establecer

la capacidad de flujo de cada uno de ellos.

4.1.1 Densidad aparente y asentada

Para medir la densidad aparente se requiere de una probeta de 250ml. Se vierte una masa

conocida del concentrado en la probeta y se toma el dato del volumen aparente, el cual

incluye los espacios que existen entre las partículas y las burbujas de aire que se hayan

incrustadas en estas. Esta densidad es una medida indirecta que depende del tamaño, la

forma y distribución de tamaño de partícula (Universidad de Antioquia, 2010).

Después de medir la densidad aparente es posible medir la densidad asentada o apisonada,

ya que esta se define como la densidad aparente que se ha compactado o asentado por

caída, dejando un peso específico del polvo en la probeta sin alterar la forma del polvo. La

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prueba termina cuando no se reduzca más el volumen. (Universidad de Antioquia,

Farmacotecnia I).

La relación entre ambas densidades da un indicio de la cohesión, la uniformidad de forma,

tamaño, y el contenido de humedad del concentrado. Entre mayor sea la densidad aparente

del polvo, es decir, entre mas se compacte, menores serán sus propiedades de flujo.

4.1.2 Ángulo de reposo estático

Uno de los parámetros para medir la capacidad de flujo de los materiales es el ángulo de

reposo estático. Este es el ángulo de la pendiente formada por el cono producido respecto al

plano horizontal cuando se le deja caer libremente un material desde un embudo. Entre

menor sea, mayor será el flujo del material y viceversa (Universidad de Antioquia,

Farmacotecnia I).

El equipo para medirlo consta de un embudo en acero inoxidable unido a una barra que lo

hace vibrar para facilitar el movimiento del polvo a través de este. Una vez se haya

formado la pila de polvo, se procede a medir tanto la altura como el diámetro, para

posteriormente calcular el ángulo de reposo estático. Se debe tener en cuenta que el

montaje empleado para medirlo se hizo tratando de cumplir con la mayoría de las

especificaciones de la prueba.

Existen dos rangos para el ángulo de reposo los cuales se presentan a continuación

(D.Geldart, 2006):

1. Rangos fluidización Carr (1965 & 1970) & Raymus (1985):

α < 30 ° buena

α : 30 – 45° aceptable

α : 45 – 55° regular

α > 55° mala

2. Rangos fluidización Geldart (1990) & Antequera (1994):

α < 40° buena

α > 40° mala

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4.1.3 Presencia de volátiles

La medición de la presencia de volátiles se lleva a cabo por el método de pérdida de peso.

Se toma una muestra de concentrado en una caja de Petri y se introduce en un horno a

70°C, por ser el menor punto de fusión de una de las materias primas presentes en un

número considerable de concentrados. Las muestras permanecen en el horno durante 4

horas, tiempo en el cual se pretende que se volatilicen algunas materias primas. Por último

se pesa la caja de Petri con la muestra para determinar el cambio de masa. La presencia de

volátiles podría dar indicios con respecto a la aglomeración de los concentrados.

4.1.4 Clasificación según Geldart

Geldart (1973) clasificó los polvos en cuatro grupos de acuerdo a sus propiedades de

fluidización a condición ambiente, determinadas por el tamaño de partícula y la diferencia

de densidades de del polvo y el fluido que lo transporta (ver figura 2).

Figura 2. Diagrama de clasificación Geldart. Tomada de http://www.fluidizacao.com.br/ing/home.php?pgi=classificacao.php

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Para poder determinar la densidad del aire comprimido el cual fluidiza al concentrado, y

establecer la diferencia con la densidad del mismo se calcula con la fórmula CIPM

1981/91, (Dolz Hnos., 2010) (ver ecuación 1) teniendo en cuenta las condiciones a las se

encuentra el aire (5 o 6 bares, 15°C y % humedad de 1,04).

4.1.5 Tamaño

Otra de las propiedades primarias importantes es el tamaño. Un polvo posee una gama de

tamaños, pero se requiere de un tamaño único que se utilice para clasificarlo o categorizarlo

como tal. De acuerdo a su grado de finura o grosor los polvos son clasificados, obteniendo

un tamaño promedio o mediano. Según los estándares británicos los polvos se clasifican

por su tamaño de la siguiente manera:

Tabla 4. Clasificación británica de polvos por tamaño

Tipo de polvo

No de malla (Estándar británico)

Todo pasa por No más del 40% pasa por

Grueso 10 44

Moderadamente grueso 22 60

Moderadamente fino 44 85

Fino 85 -

Muy fino 120 -

Los polvos caracterizados se encuentran dentro de los tipos de polvo fino y muy fino.

Ec. 1

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14

4.1.6 Forma

En cuanto a la forma, se sabe que en la práctica las partículas que conforman el mismo

polvo tendrán una forma geométrica aproximadamente similar, pero sus tamaños variarán

considerablemente. A medida que las partículas se hacen cada vez más finas, por

manipulación o fricción, los vértices y puntas se suavizan y los poliedros tienden a adoptar

una forma esférica. Existen varios tipos de formas conocidos dentro de los que se

encuentran:

Tabla 5. Tipos conocidos de formas de partículas

Nombre Descripción

Acicular Forma de aguja

Angular Forma poliédrica

Cristalina Forma geométrica derivada libremente en un fluido

Dentrítica Forma cristalina ramificada

Fibrosa Forma filamentosa regular o irregular

Hojuelada Forma plana circular u ovoide

Granular Forma irregular aproximadamente equidimensional

Nombre Descripción

Irregular Sin forma definida

Modular Forma irregular redondeada

Esférica Forma de globo

Como se indicó anteriormente, numerosos polvos industriales tienen partículas con formas

poliédricas que tienden a una forma esférica por atrición natural, debida al manejo y

procesamiento (ver tabla 6). Por lo tanto, una medición que puede describir con cierto

grado de normalización la forma de las partículas se conoce como esfericidad y se define

por:

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Ec. 2

Tabla 6. Esfericidad de partículas

Tipo de partícula

Partículas redondeadas (arenas, polvos, etc) 0,8 – 0,9

Partículas angulares (caliza, piedra, carbón sales arena) 0,6 -0,7

Partículas laminares (yeso, talco, etc) 0,5 – 0,55

Láminas (mica, grafito, etc) 0,2 – 0,3

4.1.7 Granulometría

La granulometría de un polvo constituye parte fundamental de su caracterización, ya que

está íntimamente ligada al comportamiento del material y/o las propiedades físicas del

producto.

Esta tiene en cuenta los diámetros de esfera equivalente, los de círculo equivalente y los

estadísticos, mostrados a continuación:

Tabla 7. Diámetros de esfera equivalente

Símbolo Nombre Propiedad Equivalente de una Esfera

Xv Diámetro volumétrico Volumen

Xs Diámetro superficial Superficie

Xsv Diámetro superficie-volumen Relación superficie a volumen

Xd Diámetro de arrastre Resistencia al movimiento en el mismo fluido a

la misma velocidad

Xf Diámetro de caída libre Velocidad de caída libre en el mismo líquido o la

misma densidad de partícula.

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Símbolo Nombre Propiedad Equivalente de una Esfera

Xst Diámetro de Stokes Velocidad de caída libre usando la Ley de Stokes

(Re < 0,2)

XA Diámetro de tamiz Paso a través de la misma apertura cuadrada

Tabla 8. Diámetros de círculo equivalente

Símbolo Nombre Propiedad equivalente de un círculo

Xa Diámetro del área proyectada Área proyectada si la partícula reposa en posición estable.

Xp Diámetro de área proyectada Área proyectada si la partícula es orientada al azar.

Xc Diámetro perimetral Perímetro del contorno

Tabla 9. Diámetros estadísticos

Símbolo Nombre Propiedad equivalente de un círculo

XF Diámetro de Feret Distancia entre dos tangentes a lados opuestos de la partícula

XM Diámetro de Martin Longitud de la línea bisectriz de la partícula

XCH Diámetro de cuerda máxima Longitud máxima de la línea que delimita el

contorno de la partícula

Para determinar que tan circular son las partículas que conforman los diferentes

concentrados se les tomaron fotos con la ayuda de un microscopio óptico con cámara

incorporada. Posteriormente se analizaron las imágenes (aumento 1000X) con el fin de

medir los diámetros estadísticos de Feret y de Martin (ver figura 3), y los diámetros de área

proyectada y de perímetro. Por último se establecieron las diferencias entre estos para ver

que tanto se acercan las partículas a una forma circular.

El diámetro de Feret se define como el valor de la distancia entre dos paralelas tangentes a

la silueta proyectada de la partícula y que son perpendiculares a una dirección fija (ver

Page 17: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

17

figura 3). Mientras que el de Martin es el largo de la línea paralela a una dirección fija que

divide la silueta proyectada en 2 partes iguales (ver figura 3). (Alnicolsa del Perú S.A.C.)

4.2 Procedimiento compuesto

En la segunda fase del proyecto de micronización (la fase anterior a este estudio) se llegó a que los concentrados con alto contenido de aglutinante y de pigmento era preferible reducir su tamaño de

partícula por medio de un proceso compuesto; micronizado-micropulverizado. Esto con el fin de

prevenir el deterioro del molino a chorro y la mala utilización del mismo.

El micronizado-micropulverizado consiste en micronizar el talco extrafino sólo, a unas condiciones

de presión de Venturi de 6 bar y de cámara de molienda de 4 bar. Luego el talco micronizado se mezcla con las demás materias primas del concentrado, llevándose a cabo a dos revoluciones, media

y alta (para los concentrados con alto contenido de aglutinante sólo se hizo el experimento a nivel

medio). Por último se micropulveriza la mezcla en el molino del martillos.

4.3 Fabricación de sombra y rubor

Se fabricaron una sombra y un rubor con alto contenido de concentrados para evaluar el

efecto de las condiciones de operación establecidas en la tercera fase. Para ello se

elaboraron dos lotes por cada compacto, es decir un lote de sombra o de rubor con

concentrados a las condiciones a las cuales se está operando actualmente y el otro con

aquellos a las condiciones determinadas en el estudio como las más favorables. Las

condiciones de compactación del producto para ambas sombras fueron las mismas. Lo

mismo aplicó para los rubores.

Es necesario tener en cuenta que para los concentrados del grupo 4 (concentrados con alto

contenido de colorante), el procedimiento de reducción de tamaño de partícula no fue la

micronización sino el procedimiento compuesto; micronización-micropulverización.

Figura 3. Diámetro de Feret y de Martin

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4.4 Distribución de tamaño de partícula del concentrado micronizado

La descripción más completa de un polvo es dada por su distribución de tamaños de

partícula, la cual es una función que indica la cantidad proporcional de cada tamaño de

partículas individuales que contiene el polvo. Ésta se representa gráficamente basándose en

el porcentaje acumulativo de tamaños mayores o menores en relación con los diámetros de

las partículas, o bien, es factible representarla como la distribución de cantidades presentes

en cada unidad de diámetro en función de varias magnitudes del mismo. Se acostumbra

comúnmente utilizar una base de peso para el porcentaje. Se debe tener en cuenta que el

tamaño promedio de las partículas de un polvo puede tener diferentes valores dependiendo

de la propiedad que se va a acentuar: peso, volumen, superficie y superficie específica

(Snow, Kaye, Capes, & Sresty, 1992).

Si la distribución de tamaños de partícula de un polvo compuesto de esferas sólidas y

suaves se determina por cualquiera de las técnicas, los valores medidos son idénticos. No

obstante, existen muchas distribuciones de tamaño distintas que se pueden definir para

cualquier polvo que no tenga partículas esféricas (Snow, Kaye, Capes, & Sresty, 1992).

Dentro de la medición del tamaño de partícula se tiene en cuenta dos características de las

partículas; la forma y el diámetro.

Entre los métodos de medición de tamaño de la partícula se encuentra uno, el cual es el

principio básico del Mastersizer 2000, equipo con el que se realiza el análisis de la

distribución de tamaño de partícula. El método es el de difracción de la luz. Esta se basa en

que las partículas que pasen a través del rayo láser dispersarán la luz en un ángulo que está

directamente relacionado con el tamaño. El ángulo de dispersión observado incrementa

logarítmicamente. La intensidad de dispersión es también dependiente de los tamaños de

partícula y reducciones, para una buena aproximación, en relación con el área de corte

transversal. Por lo tanto, grandes partículas dispersan la luz con ángulos estrechos con gran

intensidad, mientras que partículas pequeñas dispersan en ángulos amplios pero con baja

intensidad (Malvern, Laser Diffraction Particle Sizing, 2010).

La distribución de energía generada en un patrón de difracción compleja se analiza

mediante el empleo de una computadora (Tradicionalmente son usados dos modelos

diferentes: la aproximación de Fraunhofer y la teoría de Mie). Se hacen varias suposiciones

en la transformación del modelo de difracción en datos del tamaño de partículas y las

diversas compañías que cubren el mercado de estas máquinas ofrecen diferentes programas

de interpretación, dependiendo del tipo de distribución que se supone tendrá el sistema en

estudio (Snow, Kaye, Capes, & Sresty, 1992).

Page 19: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

19

4.5 Pruebas de calidad del producto final

A los producto cosméticos micronizados y/o compactados se les realizan varias pruebas

para controlar su calidad. Algunas de ellas son (APTM S.A):

La prueba de CAÍDA

La prueba de BRILLO/RESPLANDOR/DESTELLO

La prueba de COBERTURA DE LA APLICACIÓN

Prueba de DENSIDAD Y TEXTURA

4.5.1 Prueba de caída

Esta prueba es una prueba simple que se realiza en las bandejas del producto cosmético

para verificar:

- El contenido de adherente (binder) y su calidad

- El correcto prensado del producto en la bandeja

- Si se ha “capturado” demasiado AIRE en el polvo cosmético prensado

Se realiza dejando caer la bandeja o recipiente desde una altura de 30-35 cm sobre una

superficie horizontal sólida (preferiblemente madera) tal como un escritorio. La charola o

bandeja debe caer sobre la superficie lo más plano posible. Se determina el número de

caídas que resiste el maquillaje compacto (las caídas en la que la charola no presenta

fractura se marcan con √, y cuando se da el rompimiento con X) marcadas con antes de

fracturarse o romperse. Ésta prueba se realizó con la ayuda de un probador de caída.

Se habrá logrado una bandeja de producto bien compactado y con adecuado contenido de

adherente (binder) si la bandeja resiste la caída sin observarse fracturas en el producto,

luego de 4 a 6 caídas.

4.5.2 Prueba de brillo/resplandor/destello

Se realiza para bandejas de producto compactado de 30-40 mm de diámetro y se realiza de

la siguiente forma:

Page 20: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

20

- Mueva el dedo índice o corazón alternativamente de izquierda a derecha

diagonalmente, aplicando una presión razonable sobre el producto.

- Cuente cada movimiento completo (de lado a lado y regreso) como un ciclo, y

observe después de cuantos ciclos comienzan a aparecer puntos más oscuros o

brillantes de grasa en la superficie.

Una bandeja de productos está BIEN cuando brilla o resplandece después de 25 a 40 ciclos.

4.5.3 Prueba de cobertura de la aplicación

Se realiza tanto para polvo en bruto como para bandejas de producto compacto de la

siguiente manera:

- Aplique una pequeña cantidad de polvo en la muñeca con el dedo, observando si

se alcanzan a ver zonas de piel sin cubrir.

- Vuelva a recubrir la misma zona con una segunda aplicación, a ver si todavía se

observa piel sin cubrir o si la piel adquirió el color del polvo.

Se considera una buena cobertura del producto cuando la piel adquiere el color del producto

después de 2 o 3 aplicaciones.

4.5.4 Prueba de densidad y textura

Se lleva a cabo para bandejas de producto compactado. La textura se define en productos

cosméticos como la calidad y apariencia en la superficie de un recipiente o bandeja recién

procesada y da la sensación sedosa al tacto que parece cremosa, la cual es la cualidad más

inmediata de un producto micronizado. Esta propiedad depende de la calidad del adherente

(binder), de la calidad del prensado o compactación y de la calidad del material de tela o

seda que se utiliza en la prensa.

La textura se verifica dejando caer 2 a 3 gotas de agua en la bandeja, sosteniendo esta

horizontalmente en la mano. Al mover la bandeja, el agua deberá correr sobre la superficie

como si fueran gotas de mercurio, y sólo penetrará la superficie después de varios

movimientos.

Una prueba adicional a las anteriormente mencionadas es el método del papel de China.

Consiste en:

Page 21: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

21

- Poner una muestra del patrón en la mitad de una hoja de papel blanca y a ambos

lados una muestra del producto a analizar.

- Doblar el papel y cubriendo las muestras y pasar una espátula por encima de

éste ejerciendo una presión moderada.

- Desdoblar el papel y analizar el color.

5. RESULTADOS

5.1 Caracterización

Se caracterizaron 37 concentrados en total (no se pudo analizar ningún concentrado del

grupo 7, ya que no se generó ninguna orden de producción de uno de los concentrados

pertenecientes a este grupo), a los cuales se les midió la densidad aparente y asentada, la

presencia de volátiles, el ángulo de reposo estático y la forma. Además se encontró el grupo

al que pertenecen según la clasificación Geldart (ver tabla 10).

Tabla 10. Caracterización de los concentrados

Co

ncen

trado

Gru

po

Den

sidad

.

apiso

nad

a (g/m

L)

Den

sidad

A

paren

te

(g/m

L)

Diferen

cia en

tre

den

sidad

es (g/m

L)

%

Diferen

cia

den

sidad

es

% V

olátiles

Án

gu

lo

de

repo

so

estático (°)

Gru

po

Geld

art

Relació

n

Feret

-

Martin

(%)

Relació

n

Área

pro

y-p

erímetro

(%)

I

1

0,65 0,48 0,17 26,61 0,00 39,23 C 13,43 30,92

II 0,73 0,50 0,24 32,00 0,00 41,06 C 9,40 30,75

III 0,98 0,61 0,37 38,00 0,00 42,89 C 7,67 20,66

IV 0,52 0,40 0,12 22,93 0,34 39,26 C 7,75 20,52

V 0,81 0,58 0,23 28,40 0,00 30,64 C 9,07 23,43

Page 22: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

22

Concen

trado

Gru

po

Den

sidad

. ap

isonad

a

(g/m

L)

Den

sidad

A

paren

te

(g/m

L)

Diferen

cia en

tre

den

sidad

es (g/m

L)

%

Diferen

cia

den

sidad

es

% V

olátiles

Ángulo

de

reposo

estático

(°)

Gru

po G

eldart

Relació

n

Feret

-

Martin

(%)

Relació

n Á

rea pro

y-

perím

etro (%

)

I

2

0,45 0,31 0,13 29,63 1,12 43,42 C 8,00 24,01

II 0,58 0,41 0,18 30,28 0,00 43,19 C 6,88 20,74

III 0,37 0,24 0,13 35,00 3,09 42,13 C 9,72 22,46

IV 0,57 0,47 0,10 17,25 0,33 43,12 C 7,22 22,09

I

3

0,83 0,54 0,30 35,58 0,07 42,22 C 7,50 21,79

II 0,57 0,39 0,17 30,69 0,17 41,08 C 8,08 18,35

III 0,62 0,40 0,22 35,19 0,00 41,91 C 7,43 20,82

IV 0,67 0,40 0,27 40,00 0,00 43,96 C 13,02 27,73

I

4

1,03 0,72 0,31 30,00 0,16 39,42 C 11,58 21,66

II 0,78 0,47 0,31 40,00 0,33 35,46 C 17,43 21,16

III 0,66 0,44 0,22 33,00 0,49 38,69 C 13,55 19,63

IV 0,73 0,50 0,23 30,93 0,16 44,36 C 15,71 25,54

I

5

0,42 0,34 0,08 20,00 3,05 44,28 C 6,21 18,77

II 0,40 0,30 0,10 24,53 0,11 43,69 C 17,49 25,93

III 0,47 0,34 0,13 28,30 0,17 41,08 C 9,29 25,16

IV 0,47 0,33 0,13 28,57 0,82 43,96 C 9,92 24,21

Page 23: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

23

Concen

trado

Gru

po

Den

sidad

. ap

isonad

a

(g/m

L)

Den

sidad

A

paren

te

(g/m

L)

Diferen

cia en

tre

den

sidad

es (g/m

L)

%

Diferen

cia

den

sidad

es

% V

olátiles

Ángulo

de

reposo

estático

(°)

Gru

po G

eldart

Relació

n

Feret

-

Martin

(%)

Relació

n Á

rea pro

y-

perím

etro (%

)

V

5

0,39 0,27 0,12 31,76 0,17 46,51 C 24,47 29,75

VI 0,75 0,46 0,28 37,74 0,00 43,80 C 10,15 21,40

I

6

0,85 0,56 0,29 33,65 2,59 44,52 A 9,06 23,84

II 0,54 0,39 0,15 27,62 3,21 41,98 C 0,97 19,31

I

8

0,99 0,70 0,30 30,00 0,00 42,52 A 9,07 21,76

II 0,86 0,53 0,33 38,46 2,39 44,72 A 7,12 21,84

III 0,86 0,53 0,33 38,05 1,34 40,51 A 11,70 25,58

I

9

0,85 0,54 0,31 36,00 0,11 44,75 A 9,81 24,74

II 0,92 0,66 0,26 28,00 0,11 46,62 A 8,71 24,61

III 0,92 0,59 0,33 35,71 0,50 41,34 A 8,60 24,89

I

10

0,85 0,58 0,27 31,91 0,00 40,54 C 12,80 25,79

II 0,90 0,59 0,30 34,00 0,16 46,46 A 11,23 23,05

III 0,81 0,56 0,25 30,91 0,00 40,57 C 11,69 25,39

IV 0,76 0,44 0,33 42,82 0,00 40,07 C 7,37 20,41

V 0,90 0,50 0,40 44,44 0,10 42,18 A 9,80 24,51

VI 0,83 0,48 0,36 42,86 0,00 40,24 A 7,98 19,03

Page 24: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

24

5.2 Procedimiento compuesto realizado en planta piloto

Por otro lado se trabajó con un concentrado del grupo 6, con alto contenido de aglutinante,

y los cuatro polvos cosméticos pertenecientes al grupo 4, con elevado porcentaje de

pigmento. Estos concentrados fueron fabricados con el procedimiento compuesto (ver tabla

11).

Tabla 11. Procedimiento compuesto grupos 4 y 6

Distribución de tamaño de

partícula

Concentrado Grupo Muestra Rendimiento

global (%)

d(0,1)

μm

d(0,5)

μm

d(0,9) μm

I

4

Mezcla nivel alto

91

1,131 9,553 35,569

Mezcla nivel alto

micropulverizado

1,108 8,249 29,367

II

Mezcla nivel alto

95

1,809 3,568 21,536

Mezcla nivel alto

micropulverizado

1,801 4,331 22,906

III

Mezcla nivel alto

93

0,6 7,654 29,355

Mezcla nivel alto

micropulverizado

0,576 7,268 27,929

IV

Mezcla nivel alto

94

0,625 3,171 25,334

Mezcla nivel alto

micropulverizado

0,642 3,08 24,325

I

6

Prueba Mezcla a

nivel medio

96

6,691 19,461 43,365

Réplica Mezcla a

nivel medio

6,493 18,938 42,661

5.3 Fabricación rubor y sombra realizado en planta industrial

Por último se fabricaron los concentrados que son materias primas tanto del rubor como de

la sombra (ver tabla 12). Además se llevaron a cabo pruebas de calidad tanto a los dos lotes

Page 25: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

25

de la sombra como a los dos de rubor, para así poder compararlos (ver tablas de la 13 a la

20).

Tabla 12. Fabricación en planta industrial de los concentrados para la sombra y el rubor a las condiciones de operación del estudio

Dist. Tamaño de partícula

Gru

po

PV

bar

PC

bar

flujo

alim

enta

ci

ón (kg

(h)

Ren

dim

ien

to (%

)

d(0

,1) μ

m

d(0

,5) μ

m

d(0

,9) μ

m

II

1

5 4

33,5 95,56 1,983 6,31 13,289

I 34,83 97,07 1,037 8,302 18,364

IV 19,98 91,15 0,846 5,724 11,747

V 34,9 96,64 2,765 8,324 16,565

IV 2 29,41 95,54 3,475 10,382 20,562

V 5 35,5 95,12 1,667 9,084 19,486

I

9 6 4

51 91,38 5,715 15,718 35,718

III 33,5 92,96 5,735 16,082 34,114

II 56 92,85 5,591 15,777 36,208

5.3.1 Pruebas de calidad rubor y sombra

Tabla 13. Prueba de caída realizada a la sombra con concentrados a condiciones de operación del estudio

Charola /# de Caída 1 2 3 4 5

1 √ √ X

2 √ √ X

3 √ √ √ X

4 √ √ √ X

5 √ √ √ X

6 √ √ X

7 √ √ √ X

8 √ √ √ X

9 √ √ √ X

10 √ √ X

Page 26: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

26

Tabla 14. Prueba de caída realizada a la sombra con concentrados a condiciones actuales de operación

Charola /# de Caída 1 2 3 4 5

1 √ X

2 √ √ X

3 √ √ X

4 √ X

5 √ X

6 √ √ √ X

7 X

8 √ √ √ √ X

9 √ X

10 √ √ √ X

Tabla 15. Prueba de caída realizada al rubor con concentrados a condiciones de operación del estudio

Charola /# de Caída 1 2 3 4 5

1 √ √ √ X

2 √ √ X

3 X

4 √ √ X

5 √ √ X

6 √ √ X

7 √ √ √ √ X

8 √ X

9 √ X

10 √ X

Page 27: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

27

Tabla 16. Prueba de caída realizada al rubor con concentrados a condiciones de operación actuales

Charola /# de Caída 1 2 3 4 5

1 √ √ X

2 √ X

3 √ X

4 X

5 √ X

6 √ √ X

7 √ X

8 √ X

9 √ X

10 √ √ √ X

Tabla 17. Pruebas realizadas a la sombra con concentrados a condiciones de operación del estudio

Ch

aro

la No de ciclos en los que

brilla

Densidad y textura

Papel de China

Cobertura al aplicar, y color

1 8 La gota no se absorbe

Diferencia poco significativa con el patrón

Cubre la piel a la segunda aplicación, y la diferencia de

color poco significativa 2 4 La gota no se absorbe

3 3 -

Tabla 18. Pruebas realizadas a la sombra con concentrados a condiciones de operación actuales

Ch

aro

la

No de ciclos en los que brilla

Densidad y textura

Papel de China

Cobertura al aplicar, y color

1 4 La gota no se absorbe

Diferencia poco significativa con el patrón

Cubre la piel a la segunda aplicación, y la diferencia de

color poco significativa 2 3 La gota no se absorbe

3 6 -

Page 28: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

28

Tabla19. Pruebas realizadas al rubor con concentrados a condiciones de operación del estudio

Ch

aro

la No de ciclos en los

que brilla

Densidad y textura

Papel de China

Cobertura al aplicar, y color

1 10 La gota se absorbe de

inmediato

Diferencia significativa con el patrón

Cubre la piel a la segunda aplicación, y la diferencia de

color es significativa

2 8 La gota se absorbe de

inmediato

3 6

-

Tabla 20. Pruebas realizadas a la sombra con concentrados a condiciones de operación del estudio

Ch

aro

la

No de ciclos en los que brilla

Densidad y textura

Papel de China

Cobertura al aplicar, y color

1 9 La gota se absorbe de

inmediato

Diferencia significativa con el patrón

Cubre la piel a la segunda aplicación, y la diferencia de

color es significativa

2 7 La gota se absorbe de

inmediato

3 6

-

6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

6.1 Caracterización de concentrados

Se esperaría que las propiedades evaluadas en cada concentrado indiquen el mismo

comportamiento de flujo, pero en muchos polvos no sucede esto. Por ejemplo, aquellos

concentrados que según la clasificación Geldart se ubican en el grupo A, no coinciden con

los resultados de las demás propiedades, las cuales indican una baja capacidad de flujo. Por

lo anterior se identificó el tipo de flujo que se presenta en cada polvo con base en lo que

indican la mayoría de los valores obtenidos.

Al parecer una diferencia de 0,27 g/mL entre la densidad aparente y la apisonada es la

máxima permitida para que un concentrado presente unas propiedades de flujo aceptables.

Page 29: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

29

Diferencias por encima de esta significarían un flujo regular o malo. La mayoría de los

concentrados se encuentran por encima de este valor, lo que da indicios de una mala

fluidización. Del mismo modo, presentan un flujo regular aquellos concentrados cuyo

porcentaje de diferencia entre densidades entre 25% y 38% (la mayoría presenta un flujo

regular).

En cuanto a la presencia de volátiles en cada uno de los concentrados, es evidente que a las

condiciones evaluadas, es nula para la mayoría de concentrados. Ninguno de ellos supera

un 5% de volátiles. Podría pensarse que la temperatura a la cual fueron sometidos no fue lo

suficientemente alta para lograr una volatilización de las materias primas que pudieran

generar una aglomeración del concentrado, o que efectivamente los polvos cosméticos

presentan una muy baja cantidad de materias primas volátiles.

Por otro lado, los resultados obtenidos del ángulo de reposo arrojan tres combinaciones de

calificación de tipo de flujo, basados en los rangos establecidos por Carr y Raymus, y por

Geldart y Antequera. Las tres calificaciones son respectivamente:

* Aceptable / mala

* Aceptable / buena

* Regular /mala

Un poco más del 75% de los polvos cosméticos reciben una calificación aceptable / mala,

pero la mayoría que recibieron la calificación mala en esta categoría, presentan un ángulo

de reposo estático cercano (no más de 2°) a 40° (límite superior para un buen flujo según

Geldart y Antequera). Continuando con las categorías, alrededor del 16% de los

concentrados tienen un flujo aceptable / bueno, lo que lleva a afirmar que más del 90%

presentan un flujo aceptable según Carr y Raymus.

Como la mayoría de los concentrados fluyen de forma aceptable, podría pensarse que la

forma de las partículas que los componen tienda a ser esférica, y que su tamaño no es tan

pequeño, o que la cohesión entre las mismas no es tan fuerte. Esto podría esclarecerse con

los resultados obtenidos en la medición de los diámetros de círculo equivalente y con la

clasificación según Geldart.

Casi el 73% de los polvos cosméticos pertenecen al grupo C según la clasificación Geldart,

sugiriendo que existe una fluidización deficiente o no existe, en el estricto sentido de la

palabra. Este hecho también implica tamaños pequeños de partícula y un diferencial de

densidad del sólido y del fluido menor a la unidad. Por el contrario, el 27% restante de los

Page 30: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

30

concentrados tienen una muy buena fluidización, por hacer parte del grupo A. Todos los

polvos estudiados de los grupos 8 y 9 se encuentren en este grupo.

Sobre la forma de las partículas que conforman los concentrados se tiene que la mayoría (a

excepción de 6 concentrados que se encuentran por encima del rango), presentan una

diferencia de 9,29% ± 3,99% entre el diámetro de Feret y el de Martin. Esta diferencia

indica que las partículas son medianamente esféricas, lo cual ayuda a un buen flujo. En el

caso de la diferencia entre el diámetro de área proyectada y el de perímetro, esta se

encuentra en 23,05% ± 3,18% (sólo hay 3 concentrados que se encuentran por encima del

rango), lo cual indica que las partículas a pesar de ser medianamente esféricas deben ser

bastante angulares.

Si se relaciona estos diámetros estadísticos, de Feret y Martin, con las materias primas

principales de los concentrados se encuentra que existen rangos en los que fluctúan los

porcentajes. En concentrados con sólo colorante la diferencia de porcentaje varía entre 6 y

14%, mientras que para aquellos con bajo contenido de aglutinante va desde 7 a 11%. Esta

diferencia varía considerablemente entre concentrados sin aglutinante y colorante; de un 6 a

un 25%. Por último, polvos cosméticos con alto contenido de aglutinante presentan una

diferencia menor al 9% entre los diámetros de Feret y Martin.

Una vez analizados los resultados de manera general se debe hacer un análisis para cada

grupo, ya que esto determinará las condiciones de operación (presión del Venturi y de la

cámara de molienda, y el flujo de alimentación). No se tendrán en cuenta los grupos 4 y 6,

ya que estos hacen parte del proceso compuesto de reducción de tamaño de partícula.

En el grupo 1 los concentrados estudiados presentan resultados similares en la mayoría de

las propiedades a excepción de la diferencia densidades. A primera vista no es evidente una

igualdad de comportamiento en cuanto a propiedades de flujo basados en el diferencial de

densidades, pero como ya se analizó anteriormente, la mayoría de los valores se encuentran

por debajo de 0,27 g/mL, así que por esta razón son similares.

Siguiendo con los grupos 2 y 3, se hace evidente que los concentrados analizados tienen

propiedades de flujo similares. A los concentrados del grupo 3 les sucede algo parecido a lo

que les pasa a los concentrados del grupo 1 con respecto a la diferencia de densidades.

Pasando al grupo 5, los concentrados pertenecientes a este grupo muestran unas

propiedades muy parecidas, incluso más que las mostradas por los tres grupos analizados

anteriormente. Esto podría deberse a la ausencia de colorante y aglutinante.

Page 31: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

31

A los grupos 8 y 9 podría analizárselos de manera simultánea ya que todos sus polvos

cosméticos presentan unas propiedades de flujo aceptables. Los resultados obtenidos en

cada grupo para cada concentrado se asemejan unos a otros, lo cual podría deberse a la

ausencia de colorante y a la baja presencia de aglutinante.

Por último, se encuentran los concentrados del grupo 10. A pesar de diferir

significativamente en ciertas propiedades, la mayoría de estas sugieren unas propiedades de

flujo regulares. Existe una contradicción con la clasificación Geldart con respecto a las

demás mediciones en tres de los seis concentrados. En este caso sería necesario analizar el

resto de polvos de este grupo para determinar la clasificación según Geldart que prima

dentro del grupo.

6.2 Procedimiento compuesto

En los ensayos realizados para todos los concentrados del grupo 4 se obtuvieron unos

rendimientos globales satisfactorios, entre 91 y 95%. Del mismo modo, las distribuciones

de tamaño de partícula se encuentran dentro del rango, y no son amplias en el rango de

tamaños. Analizando más a fondo estas distribuciones es evidente que la diferencia entre la

distribución de tamaño de partícula de sólo el mezclado a nivel alto, y la del mezclado y

micropulverizado es poca, lo que llevaría a pensar que podría prescindirse de la operación

de micropulverización, teniendo en cuenta el desarrollo del color del colorante en los

concentrados.

A diferencia de los cuatros concentrados del grupo 4, el concentrado del grupo 6 presenta

una distribución de tamaño de partícula por encima de los límites establecidos en el rango

de distribución de tamaño de partícula, lo que podría mejorarse mezclando a máxima

revolución y/o pasándolo dos veces por el micropulverizador, ya que si se tiene en cuenta la

distribución de tamaño de partícula de los concentrados del grupo 4, la micronización del

talco extrafino es efectiva en la reducción de tamaño de partícula. En cuanto al rendimiento

del proceso compuesto es satisfactorio, 96%.

6.3 Fabricación del rubor y la sombra

Los concentrados fabricados a las condiciones del estudio, que hacen parte de las materias

primas de la sombra y el rubor, pertenecen a los grupos 1, 2, 5 y 9, por lo que se operaron a

diferentes condiciones de presión de Venturi y cámara, y sobre todo, de flujo de

alimentación, para cada grupo.

Los concentrados del grupo 1 se micronizaron a 5 bar y 4 bar de presión de Venturi y

cámara respectivamente. El flujo de alimentación estuvo entre 33 y 35 kg/h, menos para el

Page 32: EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICRONIZADO EN LA …

32

concentrado IV, el cual no pudo alimentarse a esas condiciones porque 19 kg/h fue el valor

máximo de flujo alcanzado con el variador de los tornillos sin fin al 100%. Los resultados

obtenidos en cuanto a rendimiento y distribución de tamaño de partícula son satisfactorios y

similares. Los rendimientos van desde 91 a casi 97%, mientras que las distribuciones de

tamaño de partícula están por debajo de los valores del rango.

Los resultados obtenidos con la micronización de los concentrados de los grupos 2 y 5

también son satisfactorios. Se obtuvo un rendimiento del 95% para ambos, y una

distribución de tamaño de partícula bastante similar al rango establecido, operando a las

mismas presiones del grupo 1, pero con diferente flujo de alimentación; 29 kg/h y 35 kg/h

respectivamente.

Los concentrados del grupo 9 se micronizaron a otras condiciones, 6 bar y 4 bar de presión

de Venturi y cámara. El flujo de alimentación es parecido para los concentrados I y II, 51

kg/h y 56 kg/h, mientras que para el tercer concentrado es de tan sólo 33 kg/h. Las

distribuciones de tamaño de partícula se encuentran un poco por encima del rango, así que

podría pensarse en disminuir el flujo de alimentación para aumentar la probabilidad de

choque entre partículas y por ende la reducción de tamaño.

6.4 Pruebas de calidad del rubor y la sombra

Se llevaron a cabo cinco pruebas de calidad tanto para la sombra como para el rubor. En

ambos casos se realizaron para el producto terminado con concentrados micronizados a

condiciones del estudio y con concentrados micronizados a las condiciones actuales de

operación.

La prueba de caída para las sombras arrojó que todas las charolas de la sombra a

condiciones del estudio superan la segunda caída, mientras que tan sólo la mitad de las

charolas de la sombra a condiciones actuales lo hacen. Sólo una charola alcanzó a estar

dentro del rango permitido de caídas (5 caídas), el resto se rompieron o fracturaron antes.

Esto se pudo deber al bajo contenido de aglutinante, o a que la presión de compactación fue

baja, o a que se capturó demasiado aire dentro de la masa compactada.

En el caso de los rubores, estos se fracturaron más rápido que las sombras. 6 charolas de 10

del rubor con concentrados micronizados a las condiciones del estudio superaron la

segunda caída, mientras que para el rubor con concentrados a condiciones de operación

actuales sólo la superaron 3.

En la prueba de brillo/ resplandor/ destello, tanto las charolas con la sombra como con el

rubor con concentrados a condiciones de operación del estudio se demoraron más ciclos en

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brillar que aquellos con concentrados a condiciones actuales de operación. Sin embargo

todos brillaron por debajo de los 25 ciclos, lo que indica exceso de aglutinante o que este es

muy grasoso, o que la compactación es excesiva.

La prueba de densidad y textura arrojó resultados opuestos para las sombras y para el rubor.

Mientras que en ambas sombras las gotas nunca se absorbieron, lo que indica un exceso de

aglutinante, (coincidiendo con la prueba de brillo/resplandor/ destello) en los rubores se

absorbieron inmediatamente. Esta rapidez de absorción pudo deberse a insuficiencia de

aglutinante, a que la charola no ha sido bien compactada (coincidiendo con el test de caída),

o a que la micronización no fue suficientemente fina.

Tanto las sombras como los rubores presentaron diferencias con el patrón en cuanto a color.

Esto fue evidente en el método del papel de China y en la prueba de cobertura y color sobre

la piel. Las sombras presentan un color más claro que el patrón mientras que los rubores un

tono más rosado y oscuro.

Por último, en la prueba de cobertura las sombras y los rubores cubrieron por completo la

piel después de dos aplicaciones, lo cual es un resultado bueno. Incluso, en el caso de los

rubores, superaron el poder cubriente del patrón.

7 CONCLUSIONES

En base a los resultados de la caracterización de los concentrados se tiene que: una

diferencia de 0,27 g/mL entre la densidad aparente y la apisonada es la máxima permitida

para que un concentrado presente unas propiedades de flujo aceptables. Además, un

porcentaje de diferencia de densidades entre 25% y 38%, determina un flujo regular.

Por otro lado, la presencia de volátiles a las condiciones evaluadas no es un factor

determinante en las propiedades de flujo de los concentrados estudiados.

La mayoría de los concentrados presentan un flujo regular, según los resultados sobre el

ángulo de reposo estático.

Como las propiedades evaluadas entre los concentrados del mismo grupo son similares es

posible micronizarlos a las mismas condiciones. Con base en las condiciones de operación

del micronizador estudiadas en la segunda fase y en esta tercera fase, es posible establecer

las condiciones de operación adecuadas para la micronización de los concentrados de cada

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grupo (excluyendo a los grupos 4 y 6, ya que hacen parte del proceso compuesto, y al 7 por

no haberse podido recolectar muestras de los concentrados) (ver tabla 21).

Tabla 21. Condiciones de micronización para cada grupo

Grupo Presión Venturi

(bar)

Presión cámara de molienda

(bar)

Flujo de alimentación

(kg/h)

1

5

4

33 – 35

2 28 – 30

3 33 – 35

5 35 – 38

8 6 4 35 – 38

9 38 – 40

10 5 4 33 - 35

A pesar de haber evaluado cinco propiedades que dan un buen indicio sobre la capacidad de

flujo, se hace necesario estudiar más a fondo las materias primas que conforman cada

concentrado y las fuerzas de atracción que se dan entre estas.

El procedimiento compuesto de reducción de tamaño de partícula para los cuatro

concentrados del grupo 4, podría limitarse a la micronización del talco extrafino y la

mezcla de este con las demás materias primas a máxima revolución del mezclador, pero

reduciendo el tamaño del lote para garantizar un choque más efectivo entre partículas.

Adicionalmente, se debe evaluar el desarrollo del color de los colorantes en cada caso.

Al igual que para el grupo 4, el procedimiento compuesto para el grupo 6 también es el más

indicado, pero tendría que entrar a mirarse si el aumento de la temperatura de la

micropulverización afecta las propiedades de las materias primas que lo constituyen.

Se logró establecer el procedimiento compuesto como una alternativa viable para aquellos

concentrados con alto contenido de aglutinante y/o colorante, esto con el fin de evitar el

deterioro del micronizador y garantizar la reducción efectiva del tamaño de las partículas.

Finalmente, con base en los resultados de las pruebas de calidad de las sombras y de los

rubores, es posible afirmar que, aunque no superaron la mayoría de ellas, tanto la sombra

como el rubor con concentrados micronizados a condiciones de operación del estudio

presentaron mejores resultados, lo que lleva a pensar que las condiciones a las cuales se

micronizó son las adecuadas, ya que mejoran las características del producto terminado.

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