5 lecciones do CBIP


Lección 5
Clasificación y Procesos de Obtención de los Polímeros

2.2.2. Técnicas de Polimerización

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

2.2.2.1. 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.)

2.2.2.2. 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.

2.2.2.3. 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), TAPONADORES 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.

2.2.2.4. 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.



Glossário

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

TAPONADOR

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 5 - 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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