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ESTUDIO SOBRE LOS CUATRO MÉTODOS DE POLIMERIZACIÓN MAS IMPORTANTES QUE SE ESTUDIAN
Tipo: Apuntes
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Equipo 1
21 de abril de 2020 Docente: Dr. Francisco Javier Medellín Rodríguez.
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Métodos de polimerización. Resumen. Gracias a que la demanda de polímeros sintéticos ha ido en aumento, se han desarrollado métodos para obtener este tipo de materiales. El día de hoy, los métodos de polimerización que se emplean más comúnmente son: polimerización en masa, polimerización con solvente, polimerización en suspensión y polimerización en emulsión. La polimerización en masa es la técnica más simple, se lleva a cabo con un iniciador soluble al monómero puro en estado líquido. Es muy usada en la fabricación de lentes plásticas amorfas. La polimerización con solvente consiste en disolver un monómero en un disolvente no reactivo que contenga un iniciador. Se utiliza para producir polipropileno. La polimerización en suspensión, es en la que el monómero y el iniciador se dispersan en el medio de reacción en el que no son solubles y forman gotas suspendidas. Es comúnmente usada para fabricar cloruro de polivinilo La polimerización en emulsión es la técnica radical que comienza con una emulsión incorporando agua, monómero y un tensoactivo. Se utiliza para fabricar varios polímeros comercialmente importantes como el látex. Estos métodos presentan diferentes ventajas y desventajas una sobre las otras, las cuales pueden ayudar a la elección de la técnica a emplear.
como no existe presencia de disolvente, proporciona polímeros de alta pureza. Por último, es posible lograr un excelente color y claridad del polímero. Sin embargo, presenta varias limitaciones y desventajas. Por ejemplo, las reacciones poliméricas al ser exotérmicas producen aceleraciones que pueden llegar a tomar carácter explosivo, lo que provoca que sea difícil de controlar térmicamente, particularmente en una etapa posterior cuando la viscosidad es alta, porque dificulta la agitación necesaria para uniformar el calor en el líquido (lo cual evitaría el sobrecalentamiento en determinadas zonas). Por esta razón para controlar la reacción se debe llevar a cabo de manera lenta a costa del tiempo de procesamiento (Oropeza & Díaz, 2016). Esta técnica puede ser llevada a cabo, de acuerdo con Youssef (2019), por lotes o de manera continua. El proceso de polimerización por lotes se realiza cargando inicialmente en el reactor los ingredientes, pero la presencia de todo el monómero en el reactor desde el principio del proceso exige un cuidadoso control del calor de la reacción (Oropeza & Díaz, 2016). La polimerización continua puede realizarse en uno o varios reactores conectados entre sí, con este modo de operación se ayuda a los problemas de transferencia de calor producidos. La polimerización en masa es muy usada en la fabricación de lentes plásticas amorfas, debido a las excelentes propiedades ópticas alcanzadas en las piezas moldeadas, sin presión, como en el caso del polimetilmetracrilato (Bulk Polymerization, n.d.). Polimerización con solvente. De acuerdo con Oropeza & Díaz (2016), este método de polimerización consiste en disolver un monómero en un disolvente no reactivo que contenga un iniciador y colocar la mezcla en un agitador. Al existir agitación en este tipo de sistemas la temperatura es homogénea y además es más fácil de controlar la operación.
Habitualmente, se inicia una polimerización en solución con una concentración de monómero elevada (70% o más) usando una cantidad mínima de catalizador, iniciador y un disolvente con una constante de transferencia de cadena baja (Oropeza & Díaz, 2016). A medida que avanza la reacción, se agrega más disolvente para regular la viscosidad y se agrega iniciador adicional para ajustar la velocidad de reacción. La adición del iniciador es importante porque hacia el final de la polimerización el grado de dilución del monómero es extremadamente alto y, por lo tanto, la eficacia del iniciador es muy baja. En algunos casos, se pierde por transferencia de cadena con el solvente o por destrucción mutua de los radicales (Oropeza & Díaz, 2016). Por lo tanto, son necesarias varias adiciones de iniciador hacia el final de la reacción para lograr un alto grado de polimerización. Tabla 1: Ventajas y desventajas de la polimerización por solvente (Oropeza & Díaz, 2016). Ventajas: Desventajas: El solvente disminuye la viscosidad del medio de reacción. Se facilita el retiro del calor producido por la reacción de polimerización. Por lo general se realizan cuando el polímero puede ser vendido directamente en solución. La menor concentración del monómero reduce la velocidad de polimerización. Se requiere separar el solvente del polímero formado. Esto conlleva a un fuerte aumento en los costos de producción. Polimerización en suspensión. La polimerización en suspensión, también llamada polimerización en perlas, es en la que el monómero y el iniciador se dispersan en el medio de reacción (normalmente agua) en el que no son solubles, aunque el iniciador es soluble en fase orgánica (Sistemas y técnicas de
continua de agua. También se pueden usar polímeros solubles en agua, tales como ciertos alcoholes polivinílicos o hidroxietil-celulosas, para actuar como emulsionantes o estabilizadores. El nombre de “polimerización en emulsión” es un nombre inapropiado que surge de un error histórico. En lugar de producirse en gotitas de emulsión, la polimerización tiene lugar en las partículas de látex que se forman espontáneamente en los primeros minutos del proceso. Las partículas se pueden detener de coagularse entre sí porque cada partícula está rodeada por el tensoactivo (‘jabón’); la carga sobre el tensoactivo repele otras partículas electrostáticamente. Cuando se usan polímeros solubles en agua como estabilizadores en lugar de jabón, la repulsión entre partículas surge porque estos polímeros solubles en agua forman una “capa ramificada” alrededor de una partícula que repele a otras partículas, ya que empujar las partículas juntas implicaría comprimir estas cadenas (Muñoz, 2018). La polimerización en emulsión, como menciona Lozano (2018), se utiliza para fabricar varios polímeros comercialmente importantes. Muchos de estos polímeros se utilizan como materiales sólidos y deben aislarse de la dispersión acuosa después de la polimerización y en otros casos, la dispersión misma es el producto final. Una dispersión resultante de la polimerización en emulsión es a menudo llamada látex (especialmente si se deriva de un hule sintético) o una emulsión, aunque se refiere estrictamente a una dispersión de un líquido inmiscible en agua (Lozano, 2018). Ejemplos. En la siguiente tabla se muestra la técnica empleada para la obtención de algunos de los polímeros más comerciales:
Tabla 2: Técnicas empleadas para producción de polímeros comerciales (Polimerization Techniques, n. d.). Polímero Técnica Poliamidas Masa Policarbonatos Masa Tereftalato de polietileno Masa Polisulfuros Suspensión Polietileno de baja densidad Masa, suspensión Polietileno de alta densidad Solución Polimetilmetacrilato Masa, suspensión Polipropileno Solución Poliestireno Solución Acetato de polivinilo Emulsión Cloruro de polivinilo Suspensión Poliisopreno Solución Poliformaldehído Solución Nylon 6 Masa Conclusiones. De acuerdo con lo mencionado anteriormente existen cuatro técnicas diferentes para producir polímeros, éstas presentan diferentes ventajas y desventajas una sobre las otras, las cuales pueden ayudar a la elección de la técnica a emplear. Por ejemplo, el polimetilmetacrilato puede obtenerse vía polimerización en masa o en suspensión. Ahí se debe tener en cuenta que por la primera técnica el polímero obtenido no requerirá purificación, además de tener el más alto rendimiento por unidad de volumen. Sin embargo, por polimerización en masa será difícil de controlar térmicamente, cuando por suspensión este control es más sencillo. Es así como un aspecto muy importante para la elección de la técnica debe ser de acuerdo a las características y aplicaciones que tendrá el producto final ya que según el estado final que se requiera se puede seleccionar el método de síntesis.
