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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
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VENTAJAS
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DESVENTAJAS
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Masa
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# Alto grado de pureza
# Requiere equipos sencillos
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# Control de temperatura difícil
# Distribución de peso molecular ancha
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Solución
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# Control de temperatura fácil
# La disolución polimérica formada puede ser utilizada
directamente
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# El disolvente causa reducción en el peso molecular
y en la velocidad de reacción
# Dificultades en la extracción del disolvente
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Emulsión
|
# Polimerización rápida
# Obtención de polímeros con alto peso molecular
# Fácil control de la temperatura
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# Contaminación del polímero con agentes emulsionantes
y agua
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Suspensión
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# Control de temperatura fácil
# Obtención del polímero en forma de perlas
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# Contaminación del polímero con agentes estabilizadores
y agua
# Requiere agitación continua
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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
Solución coloidal en que pequeñas partículas
de un líquido están dispersas en otro líquido
Reacción química que libera energía
en forma de calor
Propiedad que todo fluido real presenta cuando resiste al
movimiento relativo de cualquiera de sus partes por acción
de una fuerza
Energía liberada o absorbida cuando un mol de un compuesto
se forma a partir de sus elementos constituyentes
Líquido que disuelve otra o mas sustancias para formar
una disolución
temperatura en que la presión de vapor de un líquido
se iguala a la presión atmosférica externa
Formación de un precipitado (depósito de material)
Sustancia adicionada a una disolución para aumentar,
disminuir o eliminar una determinada propiedad de ésta
Sustancia que, en pequeñas cantidades, ayuda a formar
o estabilizar una emulsión
Mezcla de sales de sodio de ácidos grasos
Mezcla de compuestos utilizada para mantener el pH constante
en una disolución
Sistema de dos o más fases, en que una (la dispersa)
se distribuye por la otra (fase continua)
Propiedad de un líquido que modifica sus características,
como si su superficie estuviese recubierta con una película
elástica
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
Agregado de moléculas de un coloide
Mezcla en que pequeñas partículas de un sólido
o líquido se mantienen suspensas en un líquido
o un gás
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 soluble en agua
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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