La polimerización en masa (bulk polymerization) es una de las técnicas más utilizadas para la polimerización a nivel industrial. Se trata de un procedimiento en donde un iniciador reacciona con un monómero con la finalidad de obtener un producto o polímero de una pureza muy elevada mediante el uso de energía térmica. El producto por lo general, es de una gran viscosidad.
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| Planta de polimerización en masa. Imagen de jizongmachinery |
En este artículo describiremos a la polimerización en masa y las principales ventajas y desventajas de esta técnica tan popular para obtener polímeros a nivel industrial.
Tabla de contenidos
- ✔¿Qué es la polimerización en masa?
- ✔Ventajas y desventajas de la polimerización en masa
- ✔Uso de la polimerización en masa
- ✔Esquema de polimerización en masa
¿Qué es la polimerización en masa?
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| Descripción de polimerización en masa. Imagen de slidetodoc |
La polimerización en masa o polimerización a granel, como también se le conoce, es una técnica utilizada industrialmente para fabricar polímeros. Consiste en la adición de un indicador o catalizador en una solución de monómero o una mezcla de monómeros, y se utiliza para obtener polímeros de crecimiento gradual. Este tipo de técnica se lleva a cabo en ausencia total de diluyentes o disolventes, permitiendo obtener un polímero de gran pureza y calidad con un alto peso molecular.
La polimerización en masa (bulk polymerization) es una técnica verde, es decir, es ecológica y amigable con el medio ambiente, ya que no requiere ningún tipo de purificación, obteniéndose como producto final una resina 100% sólida. Sin embargo, esta técnica no es recomendable para reacciones muy exotérmicas, ya que la temperatura suele ser difícil de controlar, sobre todo en fases posteriores del proceso donde la viscosidad tiende a ser alta. Este procedimiento de polimerización es recomendable para la obtención de polímeros de crecimiento por etapas, ya que este tipo de productos tienen un calor de polimerización y una reactividad más bajas que los polímeros de reacciones muy exotérmicas.
La polimerización en masa puede ser realizada en procesos por lote (batch) o por procesos continuos, permitiendo obtener polímeros parciales o completamente solubles en sus monómeros productores. La polimerización a granel o polimerización en masa (bulk polymerization) puede ser homogénea o no homogénea, dependiendo de la solubilidad de las cadenas de polímeros en crecimiento en el monómero.
Un ejemplo clásico de la polimerización en masa heterogénea es la producción de cloruro de vinilo. Se trata de un proceso que cuenta con 3 etapas. Durante la primera y la tercera etapa, la mezcla de la reacción consta de una sola fase, en donde la polimerización procede según la cinética de una reacción homogénea. Durante la segunda etapa se encuentran presentes dos fases de manera simultánea. Al principio de esta etapa, se forman partículas de polímeros globulares por precipitación desde la solución. Cuando la solución se encuentra en el rango de 1 y 10% de conversión, estas partículas globulares son estables y su número casi constante. Cuando el rango de conversión se encuentra entre 10 y 20% se forman estructuras secundarias por coalescencia.
Cuando la conversión es mayor al 20% se mantiene una concentración constante del monómero en las partículas de crecimiento mediante la difusión de monómeros desde la fase líquida hacia las gotas de polímero. Cuando la conversión pasa del 75%, la fase de monómeros desaparece por completo y se produce una polimerización homogénea convencional en la fase de polímeros hinchados de monómeros.
Como ejemplos de la polimerización en masa homogénea, tenemos la formación de metacrilato de metilo y el estireno. Cabe destacar, que estos polímeros también pueden producirse mediante otras técnicas de polimerización.
Principales características principales de la polimerización en masa
La polimerización en masa (bulk polymerization) presenta dos grandes características principales, las cuales son:
- Permite obtener una alta conversión del monómero en polímero
- Se aplica a la cinética de los radicales libres
Ventajas y desventajas de la polimerización en masa
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| Polimerización en masa frente a la polimerización en solución. Imagen de list-technology |
Como la mayoría de las técnicas industriales de fabricación, suele tener ventajas y desventajas, las cuales veremos a continuación:
Ventajas
- Mínima contaminación de producto
- No requiere de purificación posterior
- Muy fácil de aplicar
- Económica
- Produce polímeros de alta pureza
Desventajas
- Presenta viscosidades altas
- Control de temperatura complicado
- Requiere altas temperaturas de polimerización
- Presenta mucha dificultad para controlar la reacción debido al efecto Trommsdorff
Uso de la polimerización en masa
La polimerización en masa (bulk polymerization) es utilizada generalmente cuando se requieren propiedades especiales, como por ejemplo, máxima claridad del polímero, siendo muy utilizada para obtener polímeros de crecimiento gradual, como poliuretanos, policaprolactama (nylon 6), policarbonatos y poliéster (PET). Las aplicaciones comerciales más importantes de la polimerización en masa (bulk polymerization) son las del poliestireno, metacrilatos, polietileno de baja densidad y las reacciones de dos pasos del poliéster y el tereftalato de polietileno.
Esquema de polimerización en masa
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| Ejemplo de un proceso industrial de polimerización en masa. Imagen de textoscientificos |
La polimerización en masa (bulk polymerization) presenta el esquema más sencillo de todas las técnicas de polimerización. Esto se debe a que solo se cargan pequeñas trazas de un iniciador o iniciadores y aditivos en un reactor químico que contiene a los monómeros. Una vez que todos los reactivos se encuentran en el reactor químico se inicia la polimerización, que irá avanzando con respecto al tiempo y elevando la viscosidad de la solución. Al culminar la polimerización, la solución es llevada a un nuevo tanque o recipiente en donde se aísla al polímero para poder recuperar el monómero que no reaccionó.
La polimerización en masa difiere de otras técnicas de polimerización en que la carga del reactor es esencialmente un monómero puro o una mezcla de monómeros. La cantidad de iniciador de polimerización requerida (catalizador) es muy pequeña al igual que la cantidad de aditivos requeridos por la fórmula a utilizar.
El reactor químico utilizado para la polimerización en masa (bulk polymerization) debe contar con un agitador, cuyo tamaño dependerá en gran medida de la viscosidad del polímero. Los agitadores utilizados abarcan una gama completa que va desde turbinas utilizadas con soluciones de viscosidad baja, hasta anclas y hélices utilizadas para soluciones de viscosidad alta.
Con frecuencia, el consumo de energía del agitador puede utilizarse como índice de finalización de la reacción, siendo esto especialmente cierto, cuando el polímero producido es soluble en el monómero. La técnica de polimerización en masa es utilizada frecuentemente en combinación con otros métodos de polimerización.
Para mantener una polimerización en masa eficiente debemos mantener la conversión lo más baja posible, para de esta manera, separar y reciclar el monómero que no ha reaccionado durante el proceso de polimerización. Para ello, es recomendable utilizar polimerización por etapas de manera que podamos obtener conversiones bajas en un reactor químico y de allí, ir a un segundo reactor y así sucesivamente, hasta poder obtener toda la conversión de monómero posible.
¿Qué es la polimerización en masa? by Ing. Bulmaro Noguera is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional License
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