En la presente Memoria se ha efectuado un estudio de las gráficas conductimétricas que se producen en continuo durante el proceso de elaboración de emulsiones de tipo O/A de parafina líquida en agua de baja conductividad, elaboradas por inversión de fase en caliente. Para ello se han diferenciado las dos etapas características de esta elaboración:- Adición de la fase acuosa al concentrado emulsionable constituido por la mezcla emulgente + aceite, a una temperatura elevada, previamente elegida por el operador (en la Memoria: etapa de vertido o de dilución del concentrado emulsionable, en caliente)- Enfriamiento del producto obtenido en la etapa anterior (etapa de enfriamiento)En el primer caso se obtienen las gráficas de conductancia/dilución del concentrado emulsionable, a temperatura constante, y en el segundo, las gráficas de conductancia/temperatura decreciente, del producto obtenido en la etapa anterior (para estos fines se ha utilizado un utillaje y estandarizado una metódica, que se describen detalladamente).En ambos casos se ha razonado la correlación entre los perfiles de las gráficas y las variaciones de estructura del producto estudiado, así como las características de las emulsiones O/A. obtenidas en las condiciones de la experiencia.a) Etapa de dilución del concentrado emulsionableEn esta etapa se pueden obtener emulsiones fluidas finamente divididas y de estabilidad aceptable. Estas dos características están íntimamente correlacionadas con la aptitud del emulgente para formar, a una temperatura previamente establecida, mesofases laminares agua/emulgente (E/A) equilibrados con la película monomolecular del emulgente adsorbida en la interfase agua/aceite (A/O). Los parámetros conductimétrícos t(i) y t(M) permiten establecer, en el diagrama ternario agua (A), aceite (O), emulgente (E) la región de emulsiones en la zona de equilibrio de estos sistemas, y su relación con la estabilidad del producto, de acuerdo con la estructura de la mesofase laminar de la mesofase condensada, en que se produce la inversión de fases, que da lugar a la emulsión naciente, hasta mesofase expandida, en la que se constituye la emulsión primaria de máxima estabilidad.En esta etapa, las emulsiones elaboradas en el IILB requerido para el emulgente en el sistema se caracterizan por los parámetros conductimétricos t(i) y t(M) mínimos a la temperatura de la experiencia y son las más estables frente a la coalescencia para el emulgente utilizado, en función de su concentración en la mesofase laminar que constituye la fase continua acuosa (E/A) en equilibrio con la fase oleosa (E/O) de la emulsión primaria.Esta emulsión, estabilizada frente a la coalescencia, puede diluirse con el resto del agua de la formulación, que da lugar a un isótropo acuoso que puede considerarse como "agua libre" de la fase continua acuosa en la emulsión fluida diluida.En este sistema se mantienen prácticamente las características de resistencia a la coalescencia debida a la acción protectora de la mesofase laminar expandida, altamente viscoelástica, pero el fenómeno de cremado (separación densitaria de la emulsión primaria del "agua libre") se produce con cierta rapidez.b) Etapa de enfriamientoLa gráfica conductancia/temperatura decreciente que se obtiene durante esta etapa de enfriamiento del producto obtenido en la etapa anterior, es útil cuando interesa averiguar la temperatura a que se produce la inversión de fases en emulsiones que no se forman en la etapa de dilución en caliente. En este caso, la gráfica conductancia/temperatura decreciente se caracteriza por los parámetros t(i) que corresponden al inicio de la transición lenta A/O -> O/A, y t(M), temperatura en que culmina dicha transición, dando lugar a un sistema emulsionado más o menos estable.Siguiendo en el supuesto anterior (emulsiones que no se forman durante la etapa de vertido en caliente) el estudio de las gráficas conductimétricas de enfriamiento tiene especial interés en emulsiones espesadas mediante la asociación de exceso de un anfifilo lipófilo no iónico (en nuestra Memoria, alcohol cetoestearílico, (ACE)) con el emulgente básico (formador) de la emulsión. La gráfica conductimétrica se caracteriza por los parámetros t(i) y t(M) que corresponden a una transición lenta A/O -> O/A. El valor t(M) suele coincidir con el inicio de la gelificación de la fase continua acuosa ("agua libre") que se produce en esta etapa de enfriamiento. La estabilización de la emulsión se debe al espesamiento del isótropo acuoso, que se opone al cremado de la emulsión diluida. De esta manera se introduce en la formulación un factor importante de estabilidad pero que sólo actúa dentro de 1ímites de temperatura que conviene conocer.En emulsiones espesadas con ACE, que se forman durante el proceso de dilución del concentrado emulsionable, en caliente, el parámetro t(e) indica la temperatura de estructuración de la fase acuosa, caracterizada por un incremento acusado de la viscosidad del producto.El valor práctico de estos parámetros se ha comprobado en emulsiones de parafina líquidas elaboradas con emulgentes no iónicos (mezcla de anfifilos de este tipo) solos o asociados con tensiactivos iónicos, (laurilsulfato sódico) y adicionados de cantidades crecientes de alcohol ceto-esteárico. / In this work, the continuous conductimetric records produced during the elaboration of o/w 1iquid paraffin emulsions in low conductivity water, prepared by the phase inversion method, has been studied.The different emulsions has been formulated with non ionic surfactant mixtures, alone or jointly with ionics ones (sodium 1auryl sulphate), and with increasing proportions of cetostearyl alcohol.During the elaboration of emulsions by the phase inversion method, the two characteristic steps of this process has been differenciated:- Addition of heated water over the emulsiflable concentrated (oil and surfactant mixture) at the same temperature, previously chosen by the operator. In the Work this phase has been said "water addition phase" or "dilution of the emulsifiable concentrated phase".- Cooling of the product obtained in the previous phase ("cooling phase").In the first phase, the graphics of conductance vs. time of dilution of the emulsifiable concentrated (at constant temperature) are obtained. In the second phase, the graphics of conductance vs. decreasing temperature of the product are obtained. The standarized procedure and the equipment used is fully commented in the memory.The experimental results allowed us to get the objectives of the work: A correlation between the conductimetric graphics and structural variations of the emulsions fluid emulsions and creams) has been established.The usefulness of these graphics as a monitorizing method during the elaboration process has been demonstrated.These graphics allow us to establish the significance of some variables to know the process of elaboration and to predict the probable stability of the emulsions.

La inulina és un polímer (polifructosa) polidispers i relativament petit que s’extrau de les arrels de la xicoira. Recentment, s’ha observat un interès creixent per part de la indústria per introduir productes més bons, més biodegradables i més biocompatibles en les seves formulacions. En això, la modificació hidrofòbica de polisacàrids a donat i està donant lloc a una gran varietat de productes molt interessants. La inulina modificada hidrofòbicament (HMI) té una gran capacitat per estabilitzar sistemes dispersos com ara emulsions oli en aigua, dispersions de sòlids en líquids, films, etc. Per això, diverses indústries s’han interessat per la incorporació de l’HMI com a tensioactiu polimèric en els seus processos i productes. Inspirat en la química sostenible, l’objectiu principal d’aquesta tesi doctoral és l’obtenció de inulina modificada hidrofòbicament (HMI) en medi aquós. Aquest procés es duu a terme en un sol pas mitjançant reaccions químiques catalitzades per una base entre els hidroxils de la inulina i el grup reactiu terminal de cadenes alquíliques llargues i un. A escala industrial, l’HMI es produeix en presència d’un dissolvent orgànic capaç de solubilitzar tots els agents de reacció. Per tal d’aconseguir la eliminació del dissolvent orgànic del procés, s’han modificat sistemàticament paràmetres com el tipus de grup reactiu, la longitud hidròfobs de les cadenes alquíliques, el tipus i contingut de catalitzador bàsic, la temperatura de reacció, la polaritat del medi, així com la presència de catalitzadors micel•lars. Com a resultat d’aquesta optimització1-3), s’ha descrit una metodologia innovadora que permet l’obtenció d’HMI en medi aquós. Aquesta modificació permet introduir un ventall ampli de característiques hidrofòbiques amb temps raonablement curts i eficiències superiors al 60%. Els mecanismes relatius a les reaccions de modificació hidrofòbica també s’han proposat. Els productes sintetitzats són d’especial interès tant a nivell industrial com a nivell científic, per això la segona part d’aquesta tesi doctoral inclou la seva caracterització fisicoquímica. S’ha demostrat que els HMI sintetitzats són tensioactius polimèrics, s’agreguen i tenen propietats equiparables al HMI comercial basat en la inulina, Inutec®SP1. Addicionalment, també s’ha estudiat la seva interacció amb sistemes vesiculars amb la finalitat d’explorar possibles camps d’aplicació fins ara desconeguts per l’HMI. En aquesta línia, s’ha determinat que la presència de petites quantitats d’HMI produeix una reducció important de la viscositat del sistema DDAB/H2O, la qual cosa s’ha pogut relacionar amb canvis de la microstructura del sistema. Finalment, a partir de les conclusions d’aquesta tesi es poden obtenir tensioactius polimèrics basats en la inulina en medi aquós i es pot esperar que els HMI sintetitzats puguin tenir aplicació en la formulació de vehicles d’alliberament controlat en biomedicina. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1) Morros, J., Levecke, B. & Infante, MR, (2010). Chemical hydrophobic modification of inulin in aqueous media: Synthesis of β-hydroxyalkyl ethers of inulin. Carbohydr. Polym. 81, 681–686. doi:10.1016/j.carbpol.2010.03.039 2) Morros, J.; Levecke, B.; Infante, M. R. (2010) Synthesis of β-hydroxyalkyl ethers of inulin in aqueous surfactant media. Carbohydr. Polym. 82, 1168-1173. doi:10.1016/j.carbpol.2010.06.050 3) Morros, J., Levecke, B., Infante, M. R. (2011). Hydrophobically modified inulin from alkenyl succinic anhydride in aqueous media. Carbohydr. Polym. 84, 1110-1116. doi:10.1016/j.carbpol.2010.12.077 / SYNTHESIS OF BIOPOLYMERIC SURFACTANTS BASED ON INULIN IN AQUEOUS MEDIA Recently, a growing interest from industry, especially in cosmetics and pharmaceutics, to introduce bio based products in their formulations has been observed. The replacement of petroleum based products by bio based products reduce the environmental impact because the latter are made from sustainable feedstock and are easily biodegraded. A relatively small and polydisperse polyfructose extracted from chicory with several hydrophobic chains attached along its backbone named hydrophobically modified inulin (HMI), has focused a special interest concerning surfactant technologies. HMI products have excellent properties as stabilizing agents in many disperse systems such as o/w emulsions, solid dispersions or films. In order to increase the sustainability of these products, the aim of this doctoral thesis was to synthesize biopolymeric surfactants based on inulin (HMI) in aqueous media. The hydrophobic modification of inulin was carried out in one-step synthesis through chemical reactions catalysed by base. This reaction occurs between some activated hydroxyl groups of the inulin backbone and the electrophilic end-group of long alkylic chains. At industrial scale, HMI is produced in presence of an organic solvent able to solubilise all reagents. To achieve the organic solvent removal from the process, several reaction parameters such as the type of reactive end-group, the length of the hydrophobic chains, the type and the amount of basic catalyst, the reaction temperature, the polarity of the reaction media, as well as the presence of surfactants have been optimized. As a result of this optimization1-3, it has been described a new methodology that allows getting HMI in aqueous media. A wide range of hydrophobic chain lengths, reasonably reaction times and relatively good reaction efficiencies, higher than 60%, have been reached satisfactorily with the help of cationic surfactants acting as micellar catalysts. Related reaction mechanisms have been also proposed. Additionally, our HMI have been characterized as a polymeric surfactants and as vesicle interacting polymer. Surface tension profiles, zero-shear viscosity and SAXS of HMI aqueous solutions were measured. The influence of little amounts of HMI over the vesicle forming system DDDAB/H2O, has been related to dramatic changes on the micro-structure of the system, which would have some specific application on drug delivery vehicles formulations. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 Morros, J., Levecke, B. & Infante, MR, (2010). Chemical hydrophobic modification of inulin in aqueous media: Synthesis of β-hydroxyalkyl ethers of inulin. Carbohydr. Polym. 81, 681–686. 2 Morros, J.; Levecke, B.; Infante, M. R. (2010) Synthesis of β-hydroxyalkyl ethers of inulin in aqueous surfactant media. Carbohydr. Polym. 82, 1168-1173. 3 Morros, J., Levecke, B., Infante, M. R. (2011). Hydrophobically modified inulin from alkenyl succinic anhydride in aqueous media. Carbohydr. Polym. 84, 1110-1116.

En una tesi anterior (Puig, 2004) es varen estudiar els aspectes mecànics vinculats al desfibratge i als consums energètics associats al procés de desintegració per acabar quantificant les forces implicades en el procés d'individualització dels components de diferents paperots. Aquest estudi, ha permès conèixer les condicions de desintegració que condueixen a un mínim consum energètic, aspecte complementari al reciclatge i destintatge del paperot però molt important per aconseguir un procés realment sostenible.Degut als requeriments del mercat, hi ha un altre aspecte o vessant realment important com és l'eliminació de tinta. Aquest procés, malgrat la complexitat industrial, es pot reduir o simplificar en dues etapes: la desintegració i la flotació. Ambdues, per raons d'eficàcia i condicionades pels agents químics que s'utilitzen, es realitzen en medi fortament alcalí (entorn d'un pH a 12). Aquest fet, genera una forta contaminació (DQO elevada) i per tant, és un procés poc respectuós amb el medi ambient.Els factors que condicionen treballar en medi alcalí són principalment, el despreniment de la tinta del suport, clarament accelerat en medi bàsic i fonamental per un bon destintatge i la utilització de tensioactius aniònics. Aquests tensioactius són sensibles al pH i la seva eficàcia disminueix en medi neutre o quasi neutre.Atès el que s'ha exposat, s'ha plantejat aquesta tesi que porta per títol "Aspectes Físics i Químics del Destintatge de Paper Revista mitjançant Tensioactius Catiònics", com un estudi del procés de destintatge de paper revista recuperat parant especial atenció a les variables físico-químiques i mecàniques del procés i a la seva influència en el despreniment i fragmentació de la tinta, així com en el procés d'eliminació de la tinta per flotació per tal d'avaluar la viabilitat d'un procés de destintatge en medi neutre enfront del destintatge alcalí convencional. S'ha utilitzat, com a paperot a destintar, el paper revista ja que aquest tipus de paper representa un percentatge elevat del paper recuperat a la Unió Europea. A més, aquest tipus de paper és utilitzat habitualment en les plantes de destintatge industrials per millorar les propietats de les suspensions destintades de paper de diari.La utilització de tensioactius catiònics és deguda a que la seva activitat no es veu afectada pel pH de la suspensió. Així, durant la comparació dels processos de destintatge en medi neutre i en medi alcalí, les eficàcies dels processos no es veuran influenciades pel grau d'ionització del tensioactiu.Donada l'absència d'estudis sobre la influència de les variables del procés en les mesures de concentració efectiva de tinta residual (ERIC) i ja que s'ha emprat aquest paràmetre per avaluar el despreniment i fragmentació de la tinta durant l'etapa de desintegració. En primer lloc, s'ha plantejat un estudi fonamental de la influència que poden tenir les variables del procés (granulometria, concentració de tinta i tipus de suport) en aquest paràmetre. Pel que fa a l'etapa de flotació, s'estudiarà l'efectivitat d'aquesta etapa, posant especial atenció a la capacitat del tensioactiu per eliminar tota la tinta despresa en l'etapa de desintegració. A més, donada la poca informació bibliogràfica referida als mecanismes de flotació amb tensioactius catiònics i la influència que té l'adsorció d'aquests agents per part de la suspensió paperera en l'etapa de flotació, s'ha dut a terme un estudi de l'adsorció dels tensioactius catiònics per part dels components d'una suspensió paperera.Per tant, la tesi realitzada té com a objectius: Estudi fonamental de les mesures de ERIC (concentració efectiva de tinta residual) amb suports específics. Estudi de la desintegració en medi neutre i comparació amb la desintegració clàssica. Modelització del desfibratge de paperot a l'etapa de desintegració. Estudi de l'eliminació de tinta per flotació en medi neutre i comparació amb la flotació clàssica. Estudi del mecanisme d'adsorció de tensioactius en suspensions de cel·lulosa sintètica i de paperot. / A previous thesis (Puig, 2004) have studied the mechanical aspects related to defibering and to energetic consumptions related to the disintegration process to end up quantifying the forces involved in the process of individualization of the different components of recovered papers. This study has permitted to know the disintegration conditions that lead to a minimum energetic consumption which is a complementary aspect to the recycling and deinking of waste paper but very important to get a really sustainable process.Due to the requests of the market, there is another really important aspect in the wastepaper recycling process which is the elimination of ink. Ink elimination, can be summarized in two unit operations: Disintegration and flotation. Both unit operations are strongly conditioned by the chemical agents used. Usually disintegration is carried out in a highly alkaline medium (pH 12). This fact, cause a high contamination in process waters (high COD) and therefore, the process is not environmentally friendly. The factors that condition the high alkaline medium are mainly ink detachment from the cellulosic support which is clearly accelerated by the alkaline medium, and the utilization of anionic surfactants. These surfactants are sensitive to the pH and its efficiency diminishes in neutral or almost neutral medium. So it has been proposed this thesis entitled "Aspectes Físics i Químics del Destintatge de Paper Revista mitjançant Tensioactius Catiònics" (Physico-chemical aspects of deinking of OMG using cationic surfactants) as a study of the viability of neutral deinking versus alkaline deinking.OMG has been used since this grade represents a high percentage of paper recovered in the European Union. Besides, this grade is used in industrial deinking plants to improve deinked ONP properties.Cationic surfactants are used because its properties are not affected by the pH of the suspension. So during the comparison of deinking processes in neutral and alkaline medium, the process efficiency will not be influenced by the surfactant ionization degree.OMG deinking study begins with a modelization of disintegration followed by an analysis of ink detachment and fragmentation achieved in neutral conditions and comparing them with the results obtained in alkaline conditions.Due to the absence of studies on the influence of the variables of the process in the measurements of effective residual ink concentration (ERIC) and since this parameter has been used to evaluate the detachment and fragmentation of ink during disintegration itself, it has been done a fundamental study of the influence of process variables such as ink particles size, ink concentration and type of the cellulosic support on this parameter.Regarding flotation stage, the effectiveness of this process will be studied focusing on the capability of the surfactant to eliminate all the ink detached during disintegration. Since deinking process is strongly influenced by surfactant adsorption on the different components of wastepaper suspensions and that there is a little information related to flotation mechanisms when cationic surfactants are used it has been accomplished a study of the adsorption of cationic surfactants by the components of a wastepaper suspension (cellulosic support and ink) and the results have been compared with the adsorption of an anionic surfactant in the same conditions.Therefore, the thesis has the following objectives: Fundamental study of ERIC measurements with specific supports. Study of neutral disintegration in comparison of traditional alkaline disintegration. Modelization of paper defibering during disintegration process. Study of ink elimination by means of a flotation process in neutral medium in comparison with a traditional alkaline flotation process. Study of the adsorption mechanism of surfactants by a wastepaper suspension.

La tesi realitza un estudi detallat dels principals processos que tenen lloc durant l'eliminació de tinta tòner per flotació.L'estudi del procés d'adhesió de tinta a la superfície de bombolles d'aire s'ha realitzat mitjançant visió artificial. Els resultats obtinguts han mostrat que un excés de tensioactiu provoca una disminució de la quantitat de tinta unida a la bombolla d'aire i per tant una disminució de l'eficàcia del procés de flotació. La caracterització de les bombolles d'aire presents en una cel·la de flotació ha posat de manifest que tant el cabal d'aire com la velocitat de l'agitador configuren la distribució de diàmetres final. L'estudi del procés d'eliminació de tinta per flotació en absència de fibres cel·lulòsiques ha mostrat que les variables físico-químiques estudiades són les que tenen una major influència en el procés d'eliminació de tinta tòner per flotació.Finalment s'han addicionat fibres cel·lulòsiques a la suspensió. S'ha pogut comprovar que s'aconsegueix una bona eliminació de tinta sempre i quan les condicions hidrodinàmiques siguin les adequades. / First of all the adhesion of ink particles to air bubbles surface was studied by means of artificial vision. Results obtained showed that an excess of surfactant decreases ink adsorption decreasing flotation efficiency. Air bubbles created in a lab-scale flotation cell were characterized by means of artificial vision. Results showed that air flow and agitation rate configure the final air bubble distribution.Ink removal from a flotation cell was studied without the presence of cellulose fibers. Results obtained showed that the physico-chemical variables studied had a major influence on ink removal than hydrodynamic variables studied.Finally, cellulose fibers were added to the suspension. Results obtained showed that it was possible to obtain good flotation results provided that the hydrodynamic conditions were carefully adjusted.