El naftenato de cobre es la sal de cobre del ácido nafténico . El ácido nafténico es un término comúnmente utilizado en la industria del petróleo para referirse colectivamente a todos los ácidos carboxílicos que se encuentran naturalmente en el petróleo crudo. Los ácidos nafténicos son principalmente ácidos carboxílicos cicloalifáticos con 10 a 24 o más carbonos, aunque también están presentes cantidades sustanciales de ácidos carboxílicos no cíclicos, aromáticos y que contienen heteroátomos. El naftenato de cobre se utiliza con mayor frecuencia en la conservación de la madera y para proteger otros materiales celulósicos, como textiles y cordelería, de los daños causados por hongos e insectos en descomposición. Otros naftenatos metálicos se utilizan como secadores de pintura, promotores de adhesión de caucho, aditivos lubricantes y catalizadores donde se requiere solubilidad en aceite.
Nombres | |
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Nombres IUPAC Sal de cobre Ácido nafténico | |
Otros nombres QNAP, Cunapsol, CuNap, Cuprinol | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.014.234 |
Número CE |
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PubChem CID | |
Número RTECS |
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UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
CuC n H 2 n - z O 4 n : 10-24; z : 0, 1, 2 | |
Masa molar | ~ 346-782 |
Apariencia | Sólido amorfo azul verdoso o líquido viscoso. Siempre formulado como solución líquida o emulsión. |
Densidad | 1.055 g / cm 3 (1.02 g / cm 3 como solución de Cu al 8% en diesel # 2) |
Punto de ebullición | No volátil:> 100 ° C (212 ° F; 373 K) |
Esencialmente insoluble; 46 mg / L | |
Peligros | |
punto de inflamabilidad | > 37,8 ° C (100,0 ° F; 310,9 K) como solución en alcoholes minerales |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
Composición
El ácido nafténico es un grupo complejo de ácidos carboxílicos con la fórmula general C n H 2n-z O 2 donde n indica el número de carbonos yz especifica la deficiencia de hidrógeno resultante de la formación de anillos. Los ácidos nafténicos se encuentran naturalmente en el petróleo crudo en concentraciones variables y su composición varía con la composición del petróleo crudo y las condiciones durante el refinado. [1] Los petróleos crudos con un índice de acidez total (TAN) de tan solo 0,5 mg de KOH / g de ácido o fracciones de petróleo superiores a aproximadamente 1,0 mg de KOH / g de aceite suelen calificar como un crudo o aceite de alto contenido ácido. En el nivel de 1,0 mg / g de TAN, los crudos ácidos comienzan a tener un valor muy reducido y, por lo tanto, se denominan crudos de oportunidad. [2] Los grados comerciales de ácido nafténico se recuperan con mayor frecuencia de las fracciones de queroseno / combustible de aviación y diésel, donde su corrosividad [3] y el impacto negativo en las cualidades de combustión requieren su eliminación. Los ácidos nafténicos también son un contaminante importante en el agua producida durante la extracción de petróleo de las arenas bituminosas de Athabasca . [4] [5]
Naftenatos metálicos
Las sales metálicas de los ácidos nafténicos, que se denominan naftenatos, se utilizan ampliamente como fuentes hidrófobas de iones metálicos en diversas aplicaciones. [3] [6] Tienen la fórmula M (naftenato) 2 , o M 3 O (naftenato) 6 para óxidos básicos. Los naftenatos metálicos no están bien definidos en el sentido químico convencional porque son una mezcla compleja en lugar de un solo componente, estructura o fórmula específicos. El naftenato de cobre tiene la fórmula general Cu (RCOO) n , donde n es típicamente 2. En la Figura 1 se muestra una estructura propuesta para los dímeros de cobre con puentes de carboxilato, donde R representa los componentes alquilo, cicloalquilo y arilo del resto naftenato similar a RCOOH para ácidos carboxílicos.
La mezcla compleja y la naturaleza hidrófoba del ácido nafténico permiten que los naftenatos metálicos sean altamente solubles en medios orgánicos como los hidrocarburos a base de petróleo, muchas veces mucho más que los carboxilatos de un solo isómero como los acetatos y estearatos metálicos. Sus aplicaciones industriales aprovechan esta propiedad, donde se utilizan como detergentes a base de aceite , lubricantes , inhibidores de corrosión, aditivos para combustibles y aceites lubricantes, conservantes de madera , insecticidas , fungicidas , acaricidas , agentes humectantes , agentes secantes de aceite (secadores) utilizados en pintura a base de aceite y tratamiento de superficies de madera, incluido el barniz . Los naftenatos metálicos de utilidad industrial incluyen los de aluminio, bario, calcio, cobalto, cobre, hierro, plomo, magnesio, manganeso, níquel, potasio, vanadio, zinc y circonio. [1]
Preparación y propiedades
El naftenato de cobre se puede sintetizar mediante cualquiera de tres métodos, pero el proceso comercial predominante es la fusión de ácido nafténico con compuestos de cobre (II) como carbonato de cobre básico, hidrato de cobre o hidróxido de cobre. [7] Los dos últimos reactivos generan solo agua como subproducto, mientras que el primero genera agua y dióxido de carbono. Un proceso menos utilizado implica una reacción de doble descomposición en la que las sales de cobre inorgánicas acuosas como el sulfato de cobre se hacen reaccionar con cantidades estequiométricas de sales de metales alcalinos de ácido nafténico como el naftenato de sodio o potasio en soluciones acuosas. Esta reacción genera una salmuera acuosa tal como sulfato de sodio como subproducto de la reacción. Se ha utilizado comercialmente una reacción directa de metal de cobre metálico con ácido nafténico, pero requiere condiciones de reacción severas y genera impurezas excesivas. [8] Los métodos de síntesis menos comúnmente practicados incluyen la reacción de acetato de cobre con ácido nafténico, [9] que genera ácido acético como subproducto, y electroquímicamente usando electrodos de cobre. [10]
El naftenato de cobre puro es un sólido, una pasta o un líquido viscoso, amorfo, similar al vidrio, de color verde oscuro, que es libremente soluble en varios disolventes orgánicos, incluidos alcoholes minerales, combustible diesel y otros aceites combustibles, y mezclas de creosota y petróleo. El naftenato de cobre libre de cualquier disolvente tiene un contenido de cobre que oscila entre el 10 y el 13% en peso, dependiendo del índice de acidez / peso molecular del ácido nafténico utilizado. Las propiedades de las soluciones de tratamiento de naftenato de cobre dependen del tipo de aceite utilizado como vehículo. El naftenato de cobre que se vende para el tratamiento a presión de la madera se suministra típicamente como un concentrado de cobre al 8% (como metal) para diluirlo en soluciones de tratamiento de cobre (como metal) al 0,5-1,5%. El naftenato de cobre que se vende al por menor para uso del consumidor es típicamente una solución de cobre lista para usar al 1% o 2% en alcoholes minerales u otros solventes similares. Las formulaciones de naftenato de cobre a base de agua también están disponibles como un concentrado de cobre al 5% (como metal) y se utilizan después de una dilución adicional con agua.
Conservante de madera y otros usos
El naftenato de cobre es un ingrediente activo que se utiliza predominantemente en la conservación industrial y comercial de la madera para tratamientos sin presión (inmersión / brocha / pulverización) y a presión (vacío / celda completa) para proteger contra la pudrición por hongos, la descomposición, las termitas y los insectos perforadores de la madera en madera y diversos productos de madera elaborados. Este conservante también se utiliza para tratamientos correctivos en postes en servicio, incluidas las superficies internas / externas en el suelo o por debajo del nivel del suelo mediante cepillo / llana, inyección mecánica o vendaje. La madera tratada con naftenato de cobre se especifica para aplicaciones exteriores sobre el suelo, contacto con el suelo, bajo el suelo y con contacto con agua dulce. El naftenato de cobre también se utiliza como tratamientos protectores de superficies de conservación de la madera cuando se aplica a la madera seca y desnuda. Para este uso, está disponible para el público en general y se vende sin receta a los consumidores como revestimientos de protección de la madera y repelentes de agua. [11]
El naftenato de cobre se ha producido comercialmente y la industria se ha utilizado como conservante de la madera desde su primer uso en Europa en 1889. [12] Normalmente se formula en disolventes de hidrocarburos como diesel, fuelóleos más pesados o alcoholes minerales, aunque las formulaciones a base de agua también se utilizan para preservar la madera dimensional y en aplicaciones sin presión, como tejas y tejas de madera para techos. El naftenato de cobre en aceite es un conservante de madera de alta resistencia que se utiliza para postes de servicios públicos, traviesas de ferrocarril y vigas de puentes, construcción de carreteras como postes y barandas, postes de cerca y pilotes.
Además de su amplia eficacia contra los hongos de la descomposición y los insectos que destruyen la madera, su baja toxicidad para los mamíferos es una razón clave por la que el naftenato de cobre ha ganado aceptación en el mercado como un conservante de madera de eficacia comprobada que se especifica y utiliza ampliamente por razones ambientales por las empresas de servicios públicos y los ferrocarriles como un alternativa menos tóxica a la creosota, pentaclorofenol y arsenicales en postes, traviesas y vigas de puentes. [12] A diferencia de la creosota, el pentaclorofenol y los conservantes que contienen arsénico, el naftenato de cobre ha sido clasificado por la EPA de EE. UU. Como plaguicida de "uso general" (no de "uso restringido") debido a su perfil de toxicidad relativamente benigno, es decir, su uso y la aplicación no está restringida únicamente por o bajo la supervisión directa de aplicadores capacitados y certificados. Como tal, el naftenato de cobre está disponible sin receta en formulaciones listas para usar para uso residencial / de consumo. También se usa en aplicaciones sin presión para preservar textiles y cordelería, y se usa ampliamente para el tratamiento reparador de postes de servicios públicos en servicio y para tratar cortes en los extremos, orificios y otros daños en la superficie de la madera tratada. El naftenato de cobre en formulaciones a base de aceite y agua ha sido adoptado por la Asociación Estadounidense de Protección de la Madera como un conservante de madera estandarizado por la AWPA.
La aplicación comercial de productos de alta resistencia como postes, amarres y maderas se realiza principalmente mediante tratamiento a presión. También se han utilizado métodos sin presión, como la inmersión térmica (sin presión) de los postes de servicios públicos desde el tope hasta la línea del suelo, particularmente para especies naturalmente duraderas como el cedro rojo occidental. Los métodos de aplicación para el consumidor incluyen inmersión, brocha o pulverización; Las instrucciones específicas de uso se encuentran en la etiqueta del pesticida en el envase. El color de la madera tratada con CuN puede variar de marrón verdoso claro a marrón oscuro según el tipo de aceite y el proceso de tratamiento. La exposición a la luz solar le da a la madera un color marrón medio con el tiempo.
El naftenato de cobre también se usa como ingrediente activo antimicrobiano y agente secante en los tratamientos aprobados por la FDA para la candidiasis del casco para caballos. Como ingrediente inerte, el naftenato de cobre se usa principalmente en formulaciones de insecticidas y nematicidas cuando se aplica al suelo y / o cultivos en crecimiento (antes de la formación de partes comestibles) Los naftenatos metálicos se han usado como aditivos secantes en pinturas alquídicas. Aumentan la velocidad de secado de la pintura aplicada en la superficie. [13]
Situación regulatoria y aspectos medioambientales
Las propiedades antimicrobianas de los compuestos de cobre se han explotado durante mucho tiempo como plaguicidas debido a su amplia actividad contra una variedad de hongos de descomposición e insectos destructores de la madera, incluidas las termitas. [14] [15] El naftenato de cobre, cuando se usa como conservante para madera y otros materiales celulósicos como telas de algodón y cordelería, es por definición un pesticida y por lo tanto debe registrarse en la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). El naftenato de cobre ha sido registrado con la EPA desde el 29 de octubre de 1951. El código de PC de la EPA para el naftenato de cobre es 23102, y los productos pesticidas registrados pueden buscarse bajo ese código de PC en http://ppis.ceris.purdue.edu/ . El naftenato de cobre está clasificado por la EPA como plaguicida de uso general (es decir, un uso no restringido) en virtud de su perfil de toxicidad relativamente benigno. [11] El naftenato de cobre es el único conservante de madera de uso no restringido de uso generalizado para productos básicos de "servicio pesado" como postes de servicios públicos, traviesas y vigas de ferrocarril, pilotes y postes de cercas. La clasificación de uso general también permite que el naftenato de cobre se venda sin receta para usos del consumidor, como madera tratada para cercas y terrazas, y para aplicación con brocha para cortes en los extremos y otras áreas donde la madera expuesta puede estar sujeta al ataque de insectos o descomposición. Los productos formulados o reenvasados a partir de estos compuestos deben etiquetarse como "Solo para uso exterior". Los materiales de madera tratados conservados con conservantes de sal de naftenato de cobre están diseñados para aplicaciones en sitios de uso exterior únicamente; No se permite la instalación ni los usos en interiores.
El naftenato de cobre, como todos los carboxilatos metálicos, se disocia fácilmente en metal libre y ácido libre en un proceso reversible, donde la porción de sal disociada presente depende del pH y pKa (la constante de disociación). El grado de disociación influye en el comportamiento de la sustancia en el medio ambiente porque el ácido libre (ácido nafténico) y el metal libre correspondiente (cobre) tienen diferentes características de solubilidad, adsorción y toxicidad que la sal no disociada. Las sales de carboxilato se encuentran como productos parcialmente disociados en el medio ambiente a un pH casi neutro; en entornos de pH bajo, como el tracto digestivo (por ejemplo, pH 1,2), se producirá la disociación completa de los carboxilatos metálicos. El ácido nafténico es biodegradable; Las bacterias autóctonas presentes en los relaves de arenas petrolíferas pueden utilizar ácido nafténico como única fuente de carbono, convirtiendo aproximadamente el 50% del carbono en dióxido de carbono. [dieciséis]
El naftenato de cobre no está catalogado como un contaminante del aire peligroso o una toxina reproductiva, no contiene carcinógenos listados y exhibe una baja toxicidad en mamíferos por vías de exposición oral, dérmica y por inhalación. [17] Como ocurre con todos los demás tipos de tratamientos conservantes, la madera tratada con naftenato de cobre no se considera un residuo peligroso. A diferencia de los otros conservantes de madera de uso intensivo que son pesticidas de uso restringido, ni el naftenato de cobre ni los desechos de las operaciones de tratamiento de madera con naftenato de cobre se enumeran como desechos peligrosos.
Referencias
- ↑ a b James Brient, Peter Wessner, Mary Doyle (1995). "Ácido nafténico" en Kirk-Othmer, ed. Enciclopedia de Tecnología Química 4ª ed. 16 : 1017-1029 .
- ^ Qing, W. (2010). "Procesamiento de crudo con alto TAN: Parte 1" . Refinación digital .
- ^ a b Angelo Nora, Alfred Szczepanek, Gunther Koenen, "Jabones metálicos" en Enciclopedia de química industrial de Ullmann , 2005, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002 / 14356007.a16_361
- ^ Vincent V. Rogers, Karsten Liber y Michael D. MacKinnon (agosto de 2002). "Aislamiento y caracterización de ácidos nafténicos de agua de estanque de relaves de arenas bituminosas de Athabasca". Chemosphere 48 (5): 519–527. doi : 10.1016 / S0045-6535 (02) 00133-9.
- ^ Allen, EW (2008). "Tratamiento de aguas de proceso en la industria de arenas bituminosas de Canadá: I. Contaminantes objetivo y objetivos de tratamiento" (PDF). Revista de ingeniería y ciencia ambiental 7 (2): 123-138. doi : 10.1139 / S07-038
- ^ M. Landau. 1993. "Secadores y jabones metálicos", en J. Kroschwitz, ed., Enciclopedia Kirk-Othmer de Tecnología Química . Nueva York: John Wiley & Sons. Vol. 8, págs. 432-445. DOI: 10.1002 / 0471238961.0418090512011404.a01.
- ^ MH Freeman. 2010. "Madera tratada con naftenato de cobre y naftenato de cobre - Una revisión y actualización", en HM Barnes, ed., Actas de la conferencia y feria comercial de 2010 Southeastern Utility Pole , 21 al 23 de febrero de 2010, Memphis, TN.
- ^ RC Mehrotra y R. Bohra (1983). Carboxilatos de metal , Academic Press, Nueva York
- ^ CH Yoder, WD Smith, VL Katolik, KR Hess, MW Thomsen, CS Yoder y ER Bullock. 1995. Síntesis y análisis de carboxilatos de cobre (l1). J. Chem. Educ . 72 (3), 267-269.
- ^ K. Kushner, RE Spangler, RA Salazar, Jr. y JJ Lagowski. 2006. Revisión de la síntesis de carboxilatos de cobre (II). J. Chem. Educ . 83 (7), 1042-1045.
- ^ a b Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. 2010. Resumen de datos de química del producto, destino ambiental y ecotoxicidad para el documento de decisión de revisión de registro de sales de naftenato de cobre y naftenato de zinc. 26 de julio de 2010.
- ^ a b J. A. Brient y MH Freeman. 2012. Tratamiento con naftenato de cobre para postes de madera: revisión y actualización. International Research Group of Wood Preservation, número de documento IRG / WP 12-30600, Estocolmo, Suecia.
- ^ Agencia de protección ambiental de Estados Unidos. 2006. Reevaluación de una exención del requisito de tolerancia para el naftenato de cobre (número de registro CAS 1338-02-9). 27 de junio de 2006.
- ^ DD Nicholas, WP Henry y RC Vasishth. 1977. "El papel del cobre en la conservación de la madera", en HW Richardson, ed. Manual de compuestos y aplicaciones de cobre . Marcel Dekker, Inc., Nueva York. pag. 171.
- ^ Dollwet, HHA y Sorenson, JRJ 1985. Usos históricos de compuestos de cobre en medicina. Oligoelementos en Medicina , Vol. 2, núm. 2, págs. 80–87.
- ^ DC Herman, PM Fedorak, MD MacKinnon y JW Costerton. 1994. Biodegradación de ácidos nafténicos por poblaciones microbianas autóctonas de relaves de arenas bituminosas. Lata. J. Microbiol. 40, 467-477.
- ^ Biblioteca Nacional de Medicina. 2011. Red de datos de toxicología - Base de datos de sustancias peligrosas BrientSlaveSlavheva. http://toxnet.nlm.nih.gov/cgi-bin/sis/search/a?dbs+hsdb:@term+@DOCNO+245
Ver también
- Ácido carboxílico
- Ácido orgánico