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.
|
|
|
Masa | # Alto grado de pureza | # Control de temperatura difícil |
Solución | # Control de temperatura fácil | # El disolvente causa reducción en el peso molecular y en la velocidad de reacción |
Emulsión | # Polimerización rápida | # Contaminación del polímero con agentes emulsionantes y agua |
Suspensión | # Control de temperatura fácil | # Contaminación del polímero con agentes estabilizadores y agua |
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
Glosario
