jueves, 7 de abril de 2011

TÉCNICAS DE POLIMERIZACIÓN.

Técnicas  Industriales de Polimerización

Existen cuatro técnicas industriales empleadas en la polimerización de un monómero, la polimerización en MASA, en SOLUCIIÓN, en SUSPENCIÓN y en EMULSIÓN. Cada una de estas técnicas tiene condiciones específicas y dan origen a polímeros con características diferentes.

 1.Polimerización en Masa

La polimerización en Masa es una técnica simple, homogénea, donde solo el monómero y el iniciador están presentes en el sistema. Caso la polimerización sea iniciada térmicamente o por radiación, solo habrá monómero en el medio reaccional. Por consiguiente, esta técnica es económica, además de producir polímeros con un alto grado de pureza. Esta polimerización es altamente EXOTÉRMICA, ocurriendo dificultades en el control de la temperatura y de la agitación del medio reaccional, que rapidamente se vuelve VISCOSO desde el início de la polimerización. La agitación durante la polimerización deve ser vigorosa para que haya la dispersión del CALOR DE FORMACIÓN del polímero, evitandose puntos sobrecalentados, que dan un color amarillento al producto. Este inconveniente puede ser evitado usándose inicialmente un pre-polímero ( mezcla de polímero y monómero ), que es producido a una temperatura más baja, con una baja conversión y condiciones moderadas. A camino del molde, se calienta el pre-polímero completandose la polimerización.

La polimerización en masa es muy usada en la fabricación de lentes plásticas amorfas, debido a las excelentes cualidades ópticas conseguidas en las piezas moldeadas, sin presión, como en el caso del poli (metacrilato de metilo.)

2. Polimerización en Disolución

En la polimerización en disolución, además del monómero y del iniciador, se emplea un DISOLVENTE, que deve disolverlos, formando un sistema homogéneo. El solvente ideal deve ser barato, de bajo PUNTO DE EBULLICIÓN y de fácil posterior separación del polímero. Al final de esta polimerización, el polímero formado puede ser soluble o no en el disolvente usado. Caso el polímero sea insoluble, se obtiene un lodo, facilmente separado del medio reaccional por filtración. Si el polímero fuese soluble, se utiliza un no-disolvente para PRECIPITARLO en forma de fibras o polvo.

La polimerización en solución tiene como ventaja la temperatura homogénea debido a la fácil agitación del sistema, que evita el problema del sobrecalentamiento. Entretanto, el coste del disolvente y el retraso de la reacción son los inconvenientes de esta técnica.
La polimerización en solución se utiliza principalmente cuando se desea aplicar la propia solución polimérica, y se emplea bastante en policondensación.

3. Polimerización en Emulsión

La polimerización en emulsión es una polimerización heterogénea en medio líquido, que requiere una serie de ADITIVOS con funciones específicas, como EMULGENTE (generalmente un DETERGENTE), TAMPONADORES de pH COLOIDES, protectores, reguladores de TENSIÓN SUPERFICIAL, reguladores de polimerización (modificadores) y activadores (agentes de REDUCCIÓN).
En esta polimerización, el iniciador es soluble en agua, mientras que el monómero es apenas parcialmente soluble. El emulsificante tiene como objetivo formar MICELAS, de tamaño entre 1 nm y 1 mm, donde el monómero queda contenido. Algunas micelas son activas, o sea, la reacción de polimerización se procesa dentro de ellas, mientras que otras son inactivas (gotas de monómeros), constituyendo apenas una fuente de monómero. A medida que la reacción ocurre, las micelas inactivas suplen a las activas con monómero, que crecen asta formar gotas de polímero, originando posteriormente el polímero sólido. La Figura 5 representa el esquema de un sistema de polimerización en emulsión.

 
 
Figura 5 – Representación esquemática de un sistema de polimerización en emulsión

La polimerización en emulsión tiene una alta velocidad de reacción y conversión, siendo de fácil control de agitación y temperatura. Los polímeros obtenidos con esta técnica presentan altos pesos moleculares, mas son de difícil purificación por la cantidad de aditivos adicionados. Sin embargo esta técnica tiene gran importancia industrial y muy empleada en poliadiciones, principalmente cuando se aplica directamente el látex resultante.

4. Polimerización en Suspensión

La polimerización en suspensión, también conocida como polimerización en perlas, por la forma como los polímeros son obtenidos, es una polimerización heterogénea donde el monómero y el iniciador son insolubles en el medio dispersante, en general el agua.

La polimerización se pasa dentro de las partículas en SUSPENSIÓN, las cuales tienen tamaño medio entre 2 a 10 mm, y donde se encuentran el monómero y el iniciador. La agitación del sistema es un factor muy importante en esta técnica, pues según la velocidad de agitación empleada, varía el tamaño de las partículas.

Además del monómero el iniciador y el solvente, también se adicionan AGENTES TENSIOACTIVOS, substancias químicas que auxilian en la suspensión del polímero formado, evitando la adhesión entre las partículas y, como consecuencia, la precipitación del polímero sin la formación de las perlas. La precipitación del polímero también puede ser evitada por la adición al medio reaccional de un polímero HIDROSOLUBLE, de elevado peso molecular, que aumente la viscosidad del medio. No obstante,la incorporación de estos aditivos al sistema dificulta la purificación del polímero resultante.

La Tabla 2 compara las características de las polimerizaciones en masa, solución, suspensión y emulsión.

TIPO

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Masa

# Alto grado de pureza
# Requiere equipos sencillos

# Control de temperatura difícil
# Distribución de peso molecular ancha

Solución

# Control de temperatura fácil
# La disolución polimérica formada puede ser utilizada directamente

# El disolvente causa reducción en el peso molecular y en la velocidad de reacción
# Dificultades en la extracción del disolvente

Emulsión

# Polimerización rápida
# Obtención de polímeros con alto peso molecular
# Fácil control de la temperatura

# Contaminación del polímero con agentes emulsionantes y agua

Suspensión

# Control de temperatura fácil
# Obtención del polímero en forma de perlas

# Contaminación del polímero con agentes estabilizadores y agua
# Requiere agitación continua

Tabla 2 – Comparación de los sistemas de polimerización

Además de estas técnicas de polimerización, algunos polímeros se pueden producir por la técnica de polimerización interfacial. En esta, la polimerización ocurre en la interface entre dos SOLVENTES INMISCIBLES, en que cada uno de los monómeros está en una de las fases. El polímero se forma en esta interface, luego se remueve a fin de permitir la continuidad de la polimerización . Este método es limitado a un pequeño número de polimerizaciones en etapas, debido a las condiciones de reacción necesarias.



Glosario

EMULSIÓN

Solución coloidal en que pequeñas partículas de un líquido están dispersas en otro líquido

REACCIÓN EXOTÉRMICA

Reacción química que libera energía en forma de calor

VISCOSIDAD

Propiedad que todo fluido real presenta cuando resiste al movimiento relativo de cualquiera de sus partes por acción de una fuerza

CALOR DE FORMACIÓN

Energía liberada o absorbida cuando un mol de un compuesto se forma a partir de sus elementos constituyentes

DISOLVENTE

Líquido que disuelve otra o mas sustancias para formar una disolución

PUNTO DE EBULLICIÓN

temperatura en que la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión atmosférica externa

PRECIPITACIÓN

Formación de un precipitado (depósito de material)

ADITIVO

Sustancia adicionada a una disolución para aumentar, disminuir o eliminar una determinada propiedad de ésta

EMULGENTE

Sustancia que, en pequeñas cantidades, ayuda a formar o estabilizar una emulsión

DETERGENTE

Mezcla de sales de sodio de ácidos grasos

TAMPONADOR( BUFFER)

Mezcla de compuestos utilizada para mantener el pH constante en una disolución

COLOIDE

Sistema de dos o más fases, en que una (la dispersa) se distribuye por la otra (fase continua)

TENSIÓN SUPERFICIAL

Propiedad de un líquido que modifica sus características, como si su superficie estuviese recubierta con una película elástica

REACCIÓN DE OXI-REDUCCIÓN (redox)

Reacción química en que un agente oxidante se reduce y un agente reductor se oxida, involucrando la transferencia de electrones de un átomo, ión o molécula para otro

MICELA

Agregado de moléculas de un coloide

SUSPENSIÓN

Mezcla en que pequeñas partículas de un sólido o líquido se mantienen suspensas en un líquido o un gás

AGENTE TENSIOACTIVO

Sustáncia, como un detergente, que al adicionarla a un líquido aumenta la capacidad de este desparramarse y humedecer, devido a la disminución de su tensión superficial

COMPUESTO HIDROSOLUBLE

Compuesto soluble en agua

SOLVENTES INMISCIBLES

Solventes que no se disuelven entre si


Lección 3 - Cuestionario

1. ¿Cuales de las polimerizaciones siguientes son realizadas en un sistema homogéneo?
a) Emulsión y suspensión.
b) Masa y suspensión
c ) Masa y solución
d ) Emulsión y solución

2. ¿En cual de las técnicas de polimerización el polímero es obtenido con elevado grado de pureza?
a ) Suspensión
b ) Solución
c ) Emulsión
d ) Masa

3. ¿Como puede ser evitado el sobrecalentamiento en la polimerización en masa?
a) Aumentandose la concentración del monómero en el sistema
b) Produciendose inicialmente un pre – polímero
c) Aumentandose la concentración del iniciador en el sistema
d) Disminuyendose el tiempo de reacción.

4. ¿Cual es la función de los surfactantes usados en las polimerizaciones en suspensión?
a) Provocar la precipitación del polímero en la solución
b) Ajustar el pH de la solución
c) Evitar la precipitación del polímero en la solución
d) Controlar el crecimiento de la cadena polimérica.

5. ¿Cuales son las características necesarias para que un solvente sea usado en la polimerización en solución?
a) Solubilizar el monómero y el iniciador, tener bajo costo, tener bajo punto de ebullición y ser facilmente removido del medio
b) Solubilizar el monómero y el polímero formado, tener bajo costo y ser facilmente removido del medio.
c) Solubilizar el polímero formado y el iniciador, tener bajo costo y ser facilmente removido del medio
d) Solubilizar el monómero y el iniciador, tener bajo punto de fusión y bajo costo.

6. ¿Cual de las técnicas de polimerización es utilizada en la fabricación de lentes de aumento?
a) Suspensión
b) Solución
c) Emulsión
d) Masa

7. Las polimerizaciones en lodo y en perla son respectivamente
a) Polimerización en solución en que el polímero es insoluble en el solvente y polimerización en suspensión
b) Polimerización en emulsión en que el polímero es insoluble en el solvente y polimerización en suspensión
c) Polimerización en suspensión en que el polímero es insoluble en el solvente y polimerización en solución
d) Polimerización en solución en que el polímero es soluble en el solvente y polimerización en suspensión

8) Indique cual de las afirmaciones siguientes está correcta
a) En la polimerización en emulsión, el monómero y el iniciador son insolubles en el solvente
b) La polimerización en solución es muy empleada cuando se desea el polímero en lodo
c) La polimerización en masa no requiere agitación controlada
d) La polimerización en suspensión produce polímeros con una forma definida

9. Las micelas en la polimerización en emulsión son.
a) Gotas formadas por el emulsificante, donde el monómero queda prendido
b) Gotas de solvente
c) Gotas de acéite presentes en el solvente
d) Gotas formadas por el emulsificante, donde el coloide y los tanponadores de pH quedan prendidos

10) ¿Cual de las secuencias siguientes es constituida apenas por técnicas de polimerización industriales?
a) Suspensión, solución e interfacial
b) Solución, suspensión y interfacial
c) Emulsión, interfacial e suspensión
d) Interfacial, masa y solución

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6 comentarios:

  1. Buenos dias profe centeno como esta tood bien,bueno referente a la lectura es de gran interes ya que todo lo que nos rodea esta hecho de plastico 90% respectivamente y si uno piensa que el plastico tiene muchos usos en la vidad cotidiana pues no sabemos como se transforma om se procesa al momento de darle su uso,el metodo de zigler natta es un proceso de polimerzacion curioso ya que emplea un conjunto de elementos metalicos y no metalicos es decir que es completo al momemto de emplear todos los ingrediente que nesecita respectivamente, y de interes elmecanismo coordinado perfecto aL comenzar dicho procesos de polimenrizacion, obteneindose asi un numero considerable de polimeros a partir de un simple monomero.

    roger velasquez
    ci_19203928
    seccion 002
    ing petroquimica

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  2. Buenos dias profe es roger de la seccion 002 pq referente a la otra lectura de tecnicas de polimerizacion, estas juegan un papel importante en la industria petroquimica ya que apartir de ellas podemos obtener distintas clase de polimeros y asi por que no inovar y crear nuevos placticos para el bienestar y satisfaccion de la nesecidades del individuo.

    roger velasquez
    ci:19203928
    seccion 002
    ing petroquimica

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  3. Buenas noches profesor muchas gracias por la lectura montada ya que es de mucha importancia para nuestra carrera. la polimerizacion es una es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero.

    Existen muchos tipos de polimerizacion como lo son:
    - polimerizacion por adicion
    - polimerizacion por condensacion
    - polimerizacion por elasticidad
    - polimerizacion en etapas
    entre otros.

    Harlyn H Hereira O.
    CI. 18 782 899
    Seccion I-004-D
    IX semestre
    Ing. PQ

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  4. Buenas noches profesor esta lecturaa es de gran importancia ya que la polimerizacion es un proceso quimico donde los monomeros pasan a formar parte de una molecula llamada polimero.

    Su clasificación se basa en el mecanismo por el cual se unen estructuras monómeras o en las condiciones experimentales de reacción.

    la polimerizacion se divide en:

    Polimerización por adición.

    - Adición de moléculas pequeñas de un mismo tipo unas a otras por apertura del doble enlace sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización de tipo vinilo).

    - Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un anillo sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización tipo epóxido).

    Polimerización por condensación.

    - Formación de poliésteres, poliamidas, poliéteres, polianhidros, etc., por eliminación de agua o alcoholes, con moléculas bifuncionales, como ácidos o glicoles, diaminas, diésteres entre otros (polimerización del tipo poliésteres y poliamidas.).

    Polimerización en suspensión:

    - En este caso el peróxido es soluble en el monómero. La polimerización se realiza en agua, y como el monómero y polímero que se obtiene de él son insolubles en agua, se obtiene una suspensión.

    Roselis C. Vasquez L.
    CI 18 854 244
    Seccion I-004-D
    Ing. PQ

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  5. buenos dia prof. es importante ya que la polimerizacion es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, bien una cadena lineal o una macromolécula tridimensional.

    polimerización es por adición si la molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos.

    La polimerización por condensación es el proceso mediante el cual se combinan monómeros con pérdida simultánea de una pequeña molécula, como la del agua, la del monóxido de carbono, o cloruro de hidrógeno.

    En las reacciones de condensación algunos de los átomos del monómero no forman parte del polímero, sino que son liberados como H2O, CO2, ROH, etc.

    Nelson Rojas
    CI 19.129.222
    Seccion 004 D
    Ing Petroquimica

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  6. La polimerización, de una manera muy general, puede ser entendida como el proceso por medio del cual se establece la unión entre moléculas pequeñas, lo que da lugar a la formación de otras de mayor tamaño y características definidas.
    A nivel industrial, existe una variedad de métodos o técnicas que se emplean para llevar a cabo este proceso, bajo condiciones específicas y con objetivos determinados, según el producto que se desee obtener; entre estos se encuentran: la polimerización en masa, en disolución (solución), en emulsión y en suspensión. Cabe destacar que además de éstos, se han logrado producir polímeros a través de técnicas interfaciales, cuyo proceso de polimerización ocurre en la interface entre los solventes inmiscibles que intervienen en la reacción.
    Las polimerizaciones se pueden dar en sistemas homogéneos o heterogéneos, según el medio en el cual se encuentren las sustancias participantes (monómeros e iniciadores); las polimerizaciones que se dan en sistemas homogéneos son en masa y en solución, y las que ocurren en sistemas heterogéneos son en emulsión y en suspensión.
    Con respecto a la polimerización en masa, se debe señalar que presenta la ventaja de generar polímeros de elevado grado de pureza, en comparación con las otras técnicas y que, el sobrecalentamiento que se da durante el proceso de formación, producto de que la reacción es de tipo exotérmica, se puede evitar produciendo, inicialmente, un pre–polímero. Además, tiene gran aplicación, tomando en cuenta que uno de los productos más importantes está relacionado con el ramo de la óptica, puesto que los polímeros generados se emplean para la fabricación de lentes por las propiedades que poseen.
    Por su parte, la polimerización en solución se caracteriza porque emplea solventes, por medio de los cuales se logra solubilizar el monómero y el iniciador, presentando especificaciones, tales como: tener bajo costo, bajo punto de ebullición y ser fácilmente removido del medio, una vez que se lleva a cabo la reacción. En ésta, el polímero es insoluble, lo que genera la formación de un lodo que, mediante procesos posteriores como la filtración, puede ser fácilmente separado del medio reaccional.
    La polimerización en suspensión, también conocida como polimerización en perlas, se caracteriza por producir polímeros con una forma definida, en la cual se hace necesario el uso de sustancias químicas que reduzcan la tensión superficial de los líquidos que participan en el proceso, tales como los surfactantes.
    Con relación a la polimerización en emulsión, se puede decir que ésta, se da de forma rápida, y permite le obtención de polímeros con alto peso molecular; se caracteriza porque el iniciador es soluble en agua, mientras que el monómero es apenas parcialmente soluble. El emulsificante tiene como objetivo formar micelas, las cuales son consideradas como gotas formadas por el mismo emulsificante, donde el monómero queda prendido.
    Una vez más se observa que, el ingenio del hombre en el desarrollo de procesos industriales ha permitido diversificar las técnicas y, con ello, la gama de alternativas para la satisfacción de necesidades. Esperemos que nunca olvide su gratitud para con quien ha depositado en él la fuente de sabiduría.

    MARICRUZ. E RODRÍGUEZ F
    19.365.714
    SECCIÓN: I.002D
    ING. PETROQUÍMICA

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