Parafina

Sólido blando e incoloro derivado del petróleo, carbón o esquisto bituminoso.

Compuesto químico

Vela de parafina

La cera de parafina (o cera de petróleo ) es un sólido blando e incoloro derivado del petróleo , el carbón o el esquisto bituminoso que consiste en una mezcla de moléculas de hidrocarburos que contienen entre 20 y 40 átomos de carbono. Es sólida a temperatura ambiente y comienza a derretirse por encima de aproximadamente 37 °C (99 °F), ^[2] y su punto de ebullición es superior a 370 °C (698 °F). ^[2] Las aplicaciones comunes de la cera de parafina incluyen lubricación , aislamiento eléctrico y velas ; ^[3] la cera de parafina teñida se puede utilizar para hacer crayones .

Las velas de parafina sin teñir ni aroma son inodoras y de color blanco azulado. La cera de parafina fue creada por primera vez por Carl Reichenbach en Alemania en 1830 y marcó un avance importante en la tecnología de fabricación de velas, ya que ardía de manera más limpia y confiable que las velas de sebo y era más barata de producir. ^[4]

En química, parafina se utiliza como sinónimo de alcano , lo que indica hidrocarburos con la fórmula general C _n H _{2 n +2} . El nombre se deriva del latín parum ("muy poco") + affinis , que significa "sin afinidad " o "sin reactividad ", en referencia a la naturaleza no reactiva de la parafina. ^[5]

Propiedades

La parafina se encuentra principalmente como un sólido ceroso, blanco, inodoro e insípido, con un punto de fusión típico entre aproximadamente 46 y 68 °C (115 y 154 °F), ^[6] y una densidad de alrededor de 900 kg/m ³ . ^[7] Es insoluble en agua, pero soluble en éter , benceno y ciertos ésteres . La parafina no se ve afectada por la mayoría de los reactivos químicos comunes , pero se quema fácilmente. ^[8] Su calor de combustión es de 42 MJ/kg. ^[9]

El hidrocarburo C ₃₁ H ₆₄ es un componente típico de la cera de parafina.

La parafina es un excelente aislante eléctrico , con una resistividad de entre 10 ¹³ y 10 ¹⁷ ohmios-metro . ^[10] Esto es mejor que casi todos los demás materiales, excepto algunos plásticos (en particular el PTFE ). Es un moderador de neutrones eficaz y se utilizó en los experimentos de James Chadwick de 1932 para identificar el neutrón. ^{[11] [12]}

La cera de parafina es un material excelente para almacenar calor , con una capacidad calorífica específica de 2,14–2,9 J⋅g ⁻¹ ⋅K ⁻¹ ( julios por gramo por kelvin ) y un calor de fusión de 200–220 J⋅g ⁻¹ . ^[13] El enfriamiento por cambio de fase de cera de parafina junto con radiadores retráctiles se utilizó para enfriar la electrónica del Lunar Roving Vehicle durante las misiones tripuladas a la Luna a principios de la década de 1970. ^[14] La cera se expande considerablemente cuando se derrite y, por lo tanto, se utiliza en termostatos de elementos de cera para fines industriales, domésticos y, en particular, automotrices. ^{[15] [16]}

Si la cera de parafina pura se derrite hasta el punto de inflamación aproximado en un recipiente de vidrio medio abierto que luego se enfría repentinamente, entonces sus vapores pueden autoencenderse como resultado de alcanzar la presión del líquido hirviendo . ^[17]

Historia

La cera de parafina fue creada por primera vez en 1830 por el químico alemán Karl von Reichenbach cuando intentó desarrollar un método para separar y refinar de manera eficiente las sustancias cerosas que se encuentran naturalmente en el petróleo. La parafina representó un gran avance en la industria de fabricación de velas porque se quemaba de manera limpia y era más barata de fabricar que otros combustibles para velas, como la cera de abejas y el sebo . La cera de parafina inicialmente sufrió un punto de fusión bajo. Esto se solucionó agregando ácido esteárico . La producción de cera de parafina disfrutó de un auge a principios del siglo XX debido al crecimiento de las industrias del petróleo y el envasado de carne, que crearon parafina y ácido esteárico como subproductos. ^[4]

Fabricación

La materia prima para la parafina es la cera suelta , que es una mezcla de aceite y cera, un subproducto del refinado del aceite lubricante.

El primer paso para fabricar cera de parafina es retirar el aceite (desaceitado o desparafinado) de la cera blanda. El aceite se separa por cristalización. Lo más común es que la cera blanda se caliente, se mezcle con uno o más solventes, como una cetona , y luego se enfríe. A medida que se enfría, la cera cristaliza de la solución, dejando solo aceite. Esta mezcla se filtra en dos corrientes: sólida (cera más algo de solvente) y líquida (aceite y solvente). Después de recuperar el solvente por destilación, los productos resultantes se denominan "cera de producto" (o "cera de prensa") y "aceite de pies". Cuanto menor sea el porcentaje de aceite en la cera, más refinada se considera (semi-refinada versus completamente refinada). ^[18] La cera de producto puede procesarse más para eliminar colores y olores. Finalmente, la cera puede mezclarse para darle ciertas propiedades deseadas, como punto de fusión y penetración. La cera de parafina se vende en forma líquida o sólida. ^{[19] [20] [21]}

Aplicaciones

En aplicaciones industriales, suele ser útil modificar las propiedades cristalinas de la cera de parafina, típicamente añadiendo ramificaciones a la cadena principal de carbono existente. La modificación se realiza generalmente con aditivos, como copolímeros de EVA , cera microcristalina o formas de polietileno . Las propiedades ramificadas dan como resultado una parafina modificada con una mayor viscosidad, una estructura cristalina más pequeña y propiedades funcionales modificadas. La cera de parafina pura rara vez se utiliza para tallar modelos originales para fundir metal y otros materiales en el proceso de cera perdida , ya que es relativamente frágil a temperatura ambiente y presenta riesgos de astillado y rotura cuando se trabaja. Las ceras blandas y flexibles, como la cera de abejas , pueden ser las preferidas para este tipo de esculturas, pero las " ceras de fundición a la cera perdida ", a menudo a base de parafina, están expresamente formuladas para este propósito.

En un laboratorio de histología o patología, se utiliza parafina para impregnar el tejido antes de seccionar muestras delgadas. Se elimina el agua del tejido mediante concentraciones ascendentes de alcohol (75 % a absoluto) y luego el alcohol se aclara en un solvente orgánico como xileno . Luego, el tejido se coloca en parafina durante varias horas y luego se coloca en un molde con cera para que se enfríe y se solidifique. Luego, se cortan las secciones en un micrótomo .

Otros usos

• Fabricación de velas
• Talla de cera
• Lubricación de la cadena de la bicicleta
• Recubrimientos para papel encerado o algodón encerado
• Cera de parafina de grado alimenticio:
  • Recubrimiento brillante utilizado para hacer dulces ; aunque es comestible, no es digerible y pasa por el cuerpo sin descomponerse.
  • Recubrimiento para muchos tipos de quesos duros , como el queso Edam.
  • Sellador para frascos, latas y botellas.
  • Aditivo para chicles
• Fundición de precisión
• Recubrimientos antiaglomerantes, repelentes de humedad y fijadores de polvo para fertilizantes
• Agente para la preparación de muestras para histología.
• Lubricante para balas: con otros ingredientes, como aceite de oliva y cera de abejas.
• Agente flemador , comúnmente utilizado para estabilizar/desensibilizar explosivos de alta potencia como el RDX
• Lápices de color
• Propulsor sólido para motores de cohetes híbridos ^{[22] [23]}
• Componente de cera para tablas de surf , cera para esquís y cera para patinetas.
• Tinta. Se utiliza como base para la tinta sólida bloques de cera de distintos colores para impresoras térmicas. La cera se funde y luego se rocía sobre el papel produciendo imágenes con una superficie brillante.
• Microcera: ^[24] aditivo alimentario , un agente de recubrimiento con número E E905
• Investigaciones forenses : la prueba de nitratos utiliza cera de parafina para detectar nitratos y nitritos en la mano de un sospechoso de tiroteo
• Agentes antiozonizantes : se utilizan mezclas de parafina y microceras en los compuestos de caucho para evitar el agrietamiento del caucho; la mezcla de cera migra a la superficie del producto y forma una capa protectora. La capa también puede actuar como agente desmoldante , ayudando a que el producto se separe de su molde . ^[25]
• Termostatos y actuadores mecánicos , como medio de expansión para activar dichos dispositivos ^{[16] [26]}
• Como material de encapsulado para encapsular componentes electrónicos como pastillas de guitarra , transformadores e inductores , para evitar la entrada de humedad y reducir el ruido acústico inducido electromagnéticamente y los efectos microfónicos.
• Procesos de fabricación de textiles, como el utilizado para el hilo Eisengarn .
• Agente espesante en muchas bolas de pintura.
• Hidratante en productos de tocador y cosméticos como Vaselina .
• Previene la oxidación en la superficie del acero y hierro pulidos ^[27]
• Material de cambio de fase para almacenamiento de energía térmica
  • Utilizado por MESSENGER (la nave espacial Mercury), cuando la nave espacial no podía irradiar calor excesivo. ^{[28] [ verificación fallida ] [ enlace roto ]}
• Fabricación de armaduras y libros de cuero cocido
• Blindaje contra la radiación de neutrones
• Baños de cera para terapias ocupacionales , físicas y tratamientos cosméticos.
  • La parafina es eficaz en el tratamiento de la osteoartritis de las articulaciones de las manos. El tratamiento consiste en un baño de parafina envuelto en parafina durante 15 minutos hasta que la parafina se enfríe durante cinco días a la semana. Se ha demostrado que el uso de baños de parafina reduce el dolor en reposo y durante las actividades de la vida diaria (AVD) en comparación con los grupos que no recibieron la terapia de cera. ^[29]
  • Se han observado mejoras en la fuerza de agarre y la fuerza de pinza en pacientes con síndrome del túnel carpiano, osteoartritis, espasticidad y rigidez postraumática en aquellos que han utilizado la terapia de baño de parafina junto con la fisioterapia tradicional en su recuperación. Se ha descubierto que los pacientes que han utilizado la terapia de baño de parafina han obtenido puntuaciones más bajas en la escala visual analógica (VAS) y en la escala AUSCAN (puntuaciones de dolor) en comparación con los que no la han utilizado. ^[30]
• Se utiliza para el acabado de la madera.
• Se utiliza como combustible para respirar fuego.
• Utilizado en lámparas de lava

Seguridad laboral

Las personas pueden estar expuestas a la parafina en el lugar de trabajo al inhalarla, por contacto con la piel y con los ojos. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) para la exposición a vapores de cera de parafina de 2 mg/m3 ^durante una jornada laboral de 8 horas. ^[31]

Véase también

• Oligómero
• Ozoquerita

Referencias

1. Registro en la base de datos de sustancias GESTIS del Instituto de Seguridad y Salud Ocupacional
2. Freund, Mihály; Mozes, Gyula (1982). Productos de parafina: propiedades, tecnologías, aplicaciones . Traducido por Jakab, E. Amsterdam, Países Bajos: Elsevier. pag. 121.ISBN​ 978-0-444-99712-8.
3. Materias primas y procesos de producción de velas Archivado el 21 de marzo de 2020 en Wayback Machine , AECM
4. "Historia de las velas". Asociación Nacional de Velas . Consultado el 25 de febrero de 2016 .
5. "Parafina, n". Diccionario Oxford de inglés . Oxford, Inglaterra: Oxford University Press. Marzo de 2009.
6. Nasser, William E (1999). "Ceras naturales y sintéticas". En McKetta, John J (ed.). Enciclopedia de procesamiento y diseño químico . Vol. 67. Nueva York: Marcel Dekker. pág. 17. ISBN 978-0-8247-2618-8.Esto puede variar ampliamente, incluso fuera del rango citado, según factores como el contenido de aceite y la estructura cristalina.
7. Kaye, George William Clarkson; Laby, Thomas Howell . «Propiedades mecánicas de los materiales». Tablas de constantes físicas y químicas de Kaye y Laby . Laboratorio Nacional de Física . Archivado desde el original el 11 de marzo de 2008. Consultado el 25 de octubre de 2013 .
8. Seager, Spencer L.; Slabaugh, Michael (19 de enero de 2010). "Reacciones de alcanos". Química para hoy: general, orgánica y bioquímica . Belmont, California: Cengage. p. 364. ISBN 978-0-538-73332-8.
9. Wiener, Harry (enero de 1947). "Determinación estructural de los puntos de ebullición de la parafina". Revista de la Sociedad Química Americana . 69 (1): 17–20. doi :10.1021/ja01193a005. ISSN  0002-7863. PMID  20291038.
10. "Materiales aislantes eléctricos". Tablas de constantes físicas y químicas de Kaye y Laby . Laboratorio Nacional de Física. 1995. Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2007. Consultado el 25 de octubre de 2013 .
11. "Atenuación de neutrones rápidos: moderación y difusión de neutrones". Tablas de constantes físicas y químicas de Kaye y Laby . Laboratorio Nacional de Física. Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2007. Consultado el 25 de octubre de 2013 .
12. Rhodes, Richard (1981). La fabricación de la bomba atómica . Nueva York: Simon and Schuster. pág. 163. ISBN. 978-0-671-44133-3.
13. "Capacidad calorífica específica". Enciclopedia científica e ingeniería Diracdelta.co.uk . Dirac Delta Consultants Ltd, Warwick, Inglaterra. Archivado desde el original el 4 de agosto de 2007. Consultado el 25 de octubre de 2013 .
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15. Termostato de pellets de cera Patente de Estados Unidos 4948043
16. Bodén, Roger. "Paraffin Microactuator" (PDF) . Sensores y actuadores de ciencia de materiales . Universidad de Uppsala. Archivado desde el original (PDF) el 8 de febrero de 2012 . Consultado el 25 de octubre de 2013 .
17. Husting, Chad (18 de agosto de 2019). «Parafina: una reacción exotérmica: precaución». Chemical Education Xchange . Consultado el 18 de abril de 2023 .
18. "Parafina (completamente refinada)". Refinador de cera Barasat. Archivado desde el original el 20 de julio de 2013. Consultado el 21 de diciembre de 2012 .
19. "Refinación de cera". The International Group, Inc. Archivado desde el original el 10 de diciembre de 2012. Consultado el 21 de diciembre de 2012 .
20. "Parafina". Ingeniería bituminosa. Archivado desde el original el 30 de junio de 2012. Consultado el 21 de diciembre de 2012 .
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22. Staff (otoño de 2004). "El motor de un cohete utiliza un producto doméstico común como combustible" (PDF) . OASIS Ocean Air Space Industry Site . 1 (3): 6. Consultado el 28 de noviembre de 2008 .
23. Tabor, Abigail (18 de abril de 2017). "Desde las pedicuras hasta el cohete peregrino, la parafina demuestra su valor". NASA.gov . Archivado desde el original el 27 de marzo de 2019. Consultado el 26 de marzo de 2019 .
24. "Parafina, microcristalina, vaselina, mezclas de ceras - Cera microcristalina". igiwax.com . Archivado desde el original el 19 de octubre de 2016. Consultado el 29 de abril de 2017 .
25. (Freund y Mózes 1982, pág.272)
26. Ogden, Sam; Klintberg, Lena; Thornell, Greger; Hjort, Klas; Bodén, Roger (30 de noviembre de 2013). "Revisión de actuadores, válvulas y bombas de cambio de fase de parafina miniaturizados". Microfluídica y nanofluídica . 17 : 53–71. doi :10.1007/s10404-013-1289-3. S2CID  85525659.
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29. Beasley, Jeanine; Ward, LeeAnn; Knipper-Fisher, Katie; Hughes, Katia; Lunsford, Dianna; Leiras, Claudia (abril de 2019). "Intervenciones terapéuticas conservadoras para articulaciones de dedos osteoartríticas: una revisión sistemática". Revista de terapia de la mano . 32 (2): 153–164.e2. doi :10.1016/j.jht.2018.01.001. PMID  30017415. S2CID  51677624.
30. Kim, Sang-Gyun; Kang, Jong Woo; Boo, Joon Hyeok; Jin, Dong Uk; Choi, Sung Jae; Song, Gwan Gyu; Jung, Jae Hyun (marzo de 2023). "Efectividad de la terapia de baño de parafina para los síntomas y la función de las enfermedades de las manos: una revisión sistemática y un metanálisis de ensayos controlados aleatorios". Revista de terapia de manos . 36 (3): 706–712. doi :10.1016/j.jht.2022.10.005. PMID  36914488. S2CID  257500134.
31. "CDC – Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos – Humo de cera de parafina". cdc.gov . Consultado el 27 de noviembre de 2015 .

Enlaces externos

• "Usos extraños de la parafina", Scientific American , 13 de julio de 1878, pág. 19