Cera de Candelilla y sus Aplicaciones en Materiales Avanzados

Por: Dr. Carlos José Espinoza González y M.C. Layza Arizmendi Galaviz

Grupo de investigación en materiales bioinspirados en zonas áridas,

perteneciente al Departamento de Procesos de Transformación de

Plásticos del Centro de Investigación en Química Aplicada, la Red

Internacional para la Sostenibilidad de las Zonas Áridas (RISZA).

En recientes días fue celebrado el día de la desertificación, es por ello que en esta ocasión hablaremos de las riquezas que las zonas áridas en nuestro país nos ofrecen. Sabemos que México cuenta con el desierto Chihuahuense, conocido como el más grande de Norte América y reconocido a nivel internacional por su riqueza en flora, e incluso en especies endémicas. Abarca zonas del sur de Arizona, Nuevo México y Texas, hasta regiones de los Estados mexicanos de Chihuahua, Coahuila, Durango, Nuevo León, San Luis Potosí, Tamaulipas y Zacatecas, representando alrededor de un sexto de la superficie territorial mexicana. Gracias al hábitat del desierto chihuahuense, es que crece una gran variedad de cactáceas y diversas especies florales, que cabe resaltar, sólo pueden desarrollarse en esta región del mundo, tal como es el caso de la planta de Candelilla (Euphorbia antisyphilitica), planta en la que nos enfocaremos en esta ocasión (Figura 1).

Figura 1.Planta silvestre de Candelilla (Euphorbia antisyphilitica).

En 1909, una publicación en The Journal of the Royal Society of Arts (Vol. 57, No.2953, p.664) destacó que “la planta silvestre conocida como “Candelilla” contiene cera de excelente calidad y en suficiente cantidad, lo que le convierte en una especie sumamente valiosa”. Desde entonces, el uso de la Candelilla para la producción de cera natural se convirtió en una actividad económica importante.

Para la producción de cera, la planta se somete a condiciones extremas con gran exposición solar, calor excesivo, poca humedad en la atmosfera y escases de agua en el suelo, condiciones que se encuentran precisamente en el desierto del norte de nuestro país durante la mayor parte del año (Figura 2). El proceso de obtención de la cera de candelilla aprovecha alrededor del 50 % de la cera en la planta, que mayormente se encuentra en la cutícula.

Figura 2.Proceso de obtención de la cera de Candelilla.

La cera cuenta con alta insolubilidad en medios acuosos, poca permeabilidad al agua, al oxígeno y al dióxido de carbono. Se encuentra en estado sólido a 20°C, con un punto de fusión entre los 68 y 72°C; Algunas de sus propiedades están correlacionadas con la edad de la planta y pueden variar de acuerdo a la época del año y el lugar en la que se extrajo. La cera de Candelilla tiene la característica de presentar cristalinidad debido a su composición química, motivo por el que se aprecia un color opaco en estado sólido al final de su proceso de obtención (Figura 3).

Figura 3.Cera de candelilla en pellets.

Gracias a sus características, entre ellas servir como protector ante la humedad, radiación solar, hidrofobicidad y no toxicidad, la cera de candelilla puede aprovecharse en diversas industrias. Los ejemplos más típicos son en la industria de cosméticos, en el maquillaje; en alimentos se usa en la preparación de dulces y chicles o como recubrimiento en chocolates y frutas; en la textil para productos de piel o cordelería; en la agroquímica como matriz de liberación lenta o controlada de fertilizantes; en la industria de polímeros para la elaboración de pinturas, abrillantadores, llantas, envases desechables, etc; y en la industria automotriz y espacial como lubricante y abrillantador.

De acuerdo a las publicaciones científicas, a pesar de que el uso de la cera de candelilla empieza alrededor de 1967, es alrededor del año 2000 que se observa un notable incremento, debido a interés que despiertan sus propiedades. Del 2000 al 2019, se pueden encontrar casi 3000 publicaciones, donde el 94% de estas corresponden a documentos de patentes (Figura 4).

Figura 4.Publicaciones de cera de Candelilla (2000-2019); Fuente: SciFinder.

En relación al registro de patentes, los países que tienen los mayores registros de patente son Francia, Japón, Estados Unidos, Alemania y China, los cuales son desarrollados por instituciones o marcas reconocidas internacionalmente como lo son L´Oreal, Shiseido, The Procter & Gamble COmpany, Henkel, Xerox, por mencionar algunas. Dentro de los campos de invención, las áreas de aplicación más destacadas son en el sector de aceites esenciales y cosméticos, farmacéutica y química alimentaria, entre otras (Figura 5).

Figura 5.Áreas de aplicación de la cera de candelilla.

En los últimos años, en el departamento de materiales avanzados del CIQA, el grupo de investigación en materiales bioinspirados en zonas áridas, liderado por el del Dr. Carlos Espinoza González, ha desarrollado esfuerzos en la investigación y aprovechamiento sostenible de los recursos naturales con los que se cuenta en nuestra zona desértica; siendo la cera de candelilla el de mayor estudio, y que en conjunto con el uso de tecnologías de ultrasonido, secado por atomización y pulverización por enfriamiento, ha desarrollado exitosamente nuevos materiales. Estos materiales tienen la posibilidad de cubrir diversas áreas de aplicación, desde el uso en el microencapsulamiento de fertilizantes y liberación controlada en la agricultura, en la pulverización para el desarrollo de aditivos para plásticos, hasta materiales inteligentes para la conversión y almacenamiento de energía. Referencia de algunos de estos desarrollos pueden encontrarse en:

• Composiciones de sistemas encapsulados con estructura de poros y método de obtención (MX/a/2018/013946).
• Material compuesto de almacenamiento de calor latente y método de obtención (MX/a/2018/008923).
• Método de obtención de partículas porosas mediante un proceso híbrido de pulverización por secado-enfriamiento (MX/a/2018/007248; WO2019240568A1).

Las tecnologías y prototipos desarrollados por el grupo de investigación, en colaboración con otras instituciones como el Instituto de Ecología A.C. (INECOL), fueron reconocidas como una de las tecnologías verdes mas importantes de México dentro del Concurso CleanTech Challenge México 2018. Actualmente se cuenta con financiamiento por parte del CONACyT a través de la Convocatoria PENTA-2019, para el escalamiento a nivel piloto de algunas de estas tecnologías. El grupo de investigación tiene un firme compromiso con el desarrollo de nuevos procesos y materiales avanzados, para el beneficio ambiental en mano del impulso económico regional.