Desalcalinización

En el caso de los envases de vidrio, el objetivo de la desalinización superficial es aumentar la resistencia de la superficie interna a la interacción con los productos líquidos que se introducirán posteriormente en su interior. Dado que el tratamiento se centra principalmente en modificar las propiedades de la superficie interna en contacto con el producto, también se denomina "tratamiento interno".

El ejemplo más común de su uso en envases se da en botellas destinadas a contener bebidas alcohólicas . Esto se debe a que algunas bebidas alcohólicas, como el vodka y la ginebra, tienen un pH aproximadamente neutro y un alto contenido de alcohol, pero no están protegidas contra cambios de pH. Si el álcali se filtra del vidrio al producto, el pH comenzará a aumentar (es decir, se volverá más alcalino), pudiendo alcanzar un pH lo suficientemente alto como para que la solución ataque el vidrio de manera efectiva. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Mediante este mecanismo, los productos alcohólicos inicialmente neutros pueden alcanzar un pH en el que el propio envase de vidrio comienza a disolverse lentamente, dejando finas escamas o partículas de vidrio silíceo en el fluido. El tratamiento de desalcalinización dificulta este proceso al eliminar el álcali de la superficie interna. Esto no solo significa menos álcali extraíble en la superficie del vidrio en contacto directo con el producto, sino que también crea una barrera para la difusión del álcali desde el vidrio subyacente hacia el producto. ^{[ 3 ]}

La misma lógica se aplica a los artículos de vidrio farmacéutico, como los viales destinados a contener medicamentos. Si bien muchos de estos artículos están fabricados con vidrio de borosilicato , más duradero , en ocasiones se desalcalinizan para minimizar la posibilidad de que los álcalis se filtren del vidrio al producto. Esta acción ayuda a evitar cambios indeseados en el pH o la fuerza iónica de la solución, lo que no solo inhibe el eventual ataque al vidrio, como se describió anteriormente, sino que también puede ser importante para mantener la eficacia o la estabilidad de formulaciones de productos sensibles.

La desalinización de los envases de vidrio se logra exponiendo la superficie del vidrio a compuestos reactivos que contienen azufre o flúor durante el proceso de fabricación. Se produce una rápida reacción de intercambio iónico que agota el álcali de la superficie interna y se lleva a cabo cuando el vidrio se encuentra a alta temperatura, generalmente del orden de 500–650  °C o superior. ^{[ 4 ]}

Históricamente, los compuestos que contienen azufre fueron los primeros materiales utilizados para desalcalinizar los recipientes de vidrio. La desalcalinización se produce mediante la interdifusión/intercambio iónico de Na + fuera del vidrio y H+/H3O ₊ ^dentro del ^vidrio , _junto ^con la reacción posterior de las especies de sulfato con el sodio disponible en la superficie para formar sulfato de sodio (Na2SO4 ₎ . Este último queda como depósitos cristalinos solubles en agua, o floración , en la superficie del vidrio que deben enjuagarse antes del llenado. En las líneas de fabricación, una forma de realizar este proceso era inundando el horno de recocido con dióxido de azufre (SO2 ₎ o trióxido de azufre (SO3 ₎ , especialmente en presencia de agua, que mejora la reacción. Sin embargo, esta práctica cayó en desuso debido a las preocupaciones ambientales y de salud relacionadas con los gases de tipo SOx _. [ ^{5 ] Un} método alternativo para el tratamiento de sulfatos es con sal de sulfato de amonio sólida o soluciones acuosas de la misma. Estos materiales se introducen en el recipiente tras su formación y se descomponen en gases en el horno de recocido, donde la mezcla de gases resultante que contiene azufre lleva a cabo la reacción de desalinización. Se supone que este método es más seguro que inundar el horno de recocido, ya que los componentes no reaccionados de la mezcla de gases tienden a no escapar a la atmósfera, sino que reaccionan entre sí y recrean la sal original en el recipiente, que posteriormente puede eliminarse mediante enjuague. ^{[ 6 ]}

El tratamiento con compuestos que contienen flúor se realiza típicamente mediante la inyección de una mezcla de gas fluorado (por ejemplo, 1,1-difluoroetano mezclado con aire) en botellas a altas temperaturas. El gas puede suministrarse al recipiente ya sea en el aire utilizado en el proceso de conformado (es decir, durante el soplado final del recipiente para darle la forma deseada), o con una boquilla que dirige un chorro de gas hacia la boca de la botella mientras pasa por una cinta transportadora después del conformado pero antes del recocido. La mezcla se quema suavemente dentro de la botella, creando una dosis extremadamente pequeña de ácido fluorhídrico que reacciona con la superficie del vidrio y sirve para desalcalinizarla. La superficie resultante está prácticamente libre de cualquier residuo del proceso. ^{[ 7 ]} Este tratamiento también se conoce como el proceso Ball IT (IT significa tratamiento interno), ya que Ball Corporation poseía la patente y desarrolló el primer sistema disponible comercialmente que implementaba este proceso.

Las pruebas rutinarias de desalinización superficial en la industria de envases de vidrio generalmente buscan evaluar la cantidad de álcali extraído del vidrio al enjuagarlo o exponerlo a agua purificada. Por ejemplo, la desalinización se puede comprobar rápidamente introduciendo un pequeño volumen de agua destilada en una botella recién fabricada y haciéndola girar suavemente para que el agua cubra completamente su superficie interior. A continuación, se mide el pH del agua de enjuague; los envases sin tratar tienden a presentar un pH ligeramente alcalino, entre 8 y 9, debido al álcali extraído, mientras que los envases desalinizados tienden a presentar un pH prácticamente neutro.

Una versión mucho más exhaustiva de esta prueba se describe en diversas normas internacionales y nacionales de ensayo para envases de vidrio, ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} todas con metodologías comparables. Estas pruebas evalúan la estabilidad hidrolítica de los envases en condiciones más severas, en las que los envases, llenos casi hasta su capacidad con agua purificada, se tapan y luego se someten a un ciclo térmico en un autoclave a 121  °C durante 1 hora. Después de enfriar a temperatura ambiente, el agua se titula con ácido para evaluar el pH del agua y, por lo tanto, la cantidad equivalente de álcali extraído durante el ciclo térmico. El contenido de álcali del agua de enjuague también se puede evaluar de forma más directa mediante análisis químico del agua de enjuague, como se describe en versiones más recientes de la Farmacopea Europea. Según las normas de la Farmacopea, los envases de vidrio de sílice-soda tratados internamente o desalinizados se denominan envases de " Tipo II ", lo que los distingue de sus homólogos sin tratar debido a su mayor resistencia a las interacciones con el producto (a diferencia del "Tipo III", que es el vidrio de sílice-soda estándar sin tratar, o del "Tipo I", que está reservado para el vidrio de borosilicato de alta resistencia).

Aunque no es un procedimiento rutinario, la desalinización también puede medirse de diversas maneras. Dado que las superficies desalinizadas son más resistentes químicamente, también lo son a las reacciones de intemperie, y una evaluación adecuada de este parámetro puede proporcionar evidencia indirecta de una superficie previamente desalinizada. Asimismo, es posible evaluar la desalinización mediante técnicas analíticas de superficie avanzadas, como SIMS o XPS , que permiten obtener mediciones directas de la composición de la superficie del vidrio. ^{[ 11 ] [ 12 ]}