Clasificación de Procesos con Polímeros

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA LAGUNA 
CLASIFICACIÓN DE PROCESOS CON POLÍMEROS 
 
 
 
PROCESOS DE FABRICACIÓN 
Ingeniería Mecatrónica Semestre 3 
Alumno(s): Christian Enrique González Robles No. Control: 19131206 
 
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Procesos de producción 
 
Normalmente, la reacción de monómeros en polímeros se puede realizar de manera discontinua o 
continua, mediante uno de los siguientes procesos: 
• Polimerización en suspensión, 
• Polimerización en masa, 
• Polimerización en emulsión, 
• Polimerización en fase gaseosa, y 
• Polimerización en solución. 
 
Polimerización en suspensión 
En este tipo de polimerización, la reacción química se produce en gotitas en suspensión en un 
disolvente. La polimerización en suspensión ofrece una buena transferencia del calor de reacción, 
una baja viscosidad de dispersión y unos bajos costes de separación. Sin embargo, también se 
caracteriza por ser un proceso discontinuo y, además, genera cantidades relativamente grandes de 
aguas residuales, crea un nivel de suciedad notable en la pared del reactor y los agentes en 
suspensión permanecen en el producto final y en los flujos de residuos. 
Los productos más habituales que se producen con procesos de suspensión son: 
• Cloruro de polivinilo, 
• Polimetilmetacrilato, 
• Poliestireno (HIPS y EPS) 
• Politetrafluoroetileno 
• Poliolefinas en forma de «slurry» en fracciones de aceite mineral. 
 
La polimerización en suspensión produce partículas 
de látex con unas dimensiones de 1 a 1000 µm. En 
este proceso se incluyen los siguientes elementos: 
monómero + iniciador + disolvente (normalmente 
agua) + agente tensoactivo. El monómero y el 
iniciador son insolubles en el disolvente (agua) –por 
ejemplo, estireno y peróxido de dibenzoilo–, y, por lo 
tanto, el monómero se dispersa en gotitas, como 
sucede con la polimerización en emulsión, pero en 
este caso el iniciador está presente en dichas gotitas (y 
no en la fase acuosa). La función del agente 
tensoactivo es únicamente estabilizar estas gotitas. 
Con este tipo de polimerización, no se producen micelas en la fase acuosa. La polimerización se 
centra totalmente dentro de las gotitas de monómero. Por este motivo, tiene cierto parecido con la 
polimerización en (micro) masa, pero por separado, encerrada en cada una de las gotitas. Sin 
embargo, en comparación con la polimerización en masa, la polimerización en suspensión permite 
reducir notablemente los problemas de transferencia de calor, ya que en la fase acuosa se trasmite al 
exterior la mayor parte del calor generado. La granulometría de las partículas finales debería ser 
similar a la de las gotitas de emulsión del monómero inicial (siempre y cuando se evite la 
coalescencia). 
 
Polimerización en masa 
La polimerización en masa permite producir polímeros en un reactor con la única presencia del 
monómero y una pequeña cantidad de iniciador. Los procesos de polimerización en masa ofrecen 
una elevada pureza de producto, un alto rendimiento del reactor y unos costes reducidos de 
separación. Sin embargo, estos procesos también se caracterizan por las elevadas viscosidades en 
 
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los reactores. Los procesos en masa ensucian el reactor y, en el caso de los productos de 
policondensación, es necesario un alto vacío. 
Los productos más habituales que se producen con procesos en masa son: 
• Poliolefinas 
• Poliestireno 
• Cloruro de polivinilo 
• Polimetilmetacrilato 
• Poliamidas 
• Poliésteres 
Este método es el sistema habitual de 
polimerización de crecimiento gradual 
(condensación). La reacción se suele 
producir a altas temperaturas, pero la 
transferencia de calor fuera del recipiente 
de reacción no acarrea ningún problema 
(como la acumulación de temperatura). El 
grado de polimerización aumenta 
linealmente con el tiempo, de modo que la 
viscosidad de la mezcla de reacción 
aumenta a una velocidad relativamente 
lenta. Esta característica permite transferir de forma eficiente la burbuja de gas (por ejemplo, vapor 
de agua) fuera del sistema. 
 
Este método se puede utilizar para llevar a cabo una polimerización de crecimiento en cadena, pero 
sólo a pequeña escala y, preferiblemente, a baja temperatura. La transferencia de calor y burbujas 
puede causar problemas, ya que el grado de polimerización (y, por lo tanto, la viscosidad de la 
mezcla de reacción) aumenta muy rápidamente desde el inicio de la reacción. 
 
Para algunos monómeros (por ejemplo, el cloruro de vinilo), el polímero es insoluble en su propio 
monómero (por encima de una masa molar crítica determinada). En estos casos, trascurrido cierto 
tiempo, el polímero se precipita del monómero (en forma de partículas hinchadas y agregadas). 
Finalmente, todo el monómero se convierte en polímero. 
 
Polimerización en emulsión 
En los casos de polimerización en emulsión, la reacción química se produce dentro de gotitas en 
suspensión en un disolvente (como sucede con la polimerización en suspensión), o bien en 
estructuras de emulsión, llamadas micelas, o en el disolvente. Los procesos de emulsión suelen 
ofrecer una viscosidad de dispersión reducida, una buena transferencia de calor y unas tasas de 
conversión elevadas, y son adecuados para producir polímeros con una masa molar alta. Por otro 
lado, acarrean unos costes de separación bastante elevados, ensucian las paredes del reactor, y los 
emulsionantes permanecen en el producto y los flujos residuales. 
 
Los productos más habituales que se producen con procesos en emulsión son: 
• ABS 
• Cloruro de polivinilo 
• PTFE 
• SBR 
• NBR 
• Acetato de polivinilo 
• PMMA 
 
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• Poliacrilato para pinturas. 
La polimerización en emulsión 
produce partículas de látex de 
0,03 a 0,1 µm. En este proceso 
se incluyen los siguientes 
elementos: monómero + 
iniciador + disolvente 
(normalmente agua) + agente 
tensoactivo (normalmente 
aniónico, como, por ejemplo, 
el dodecilsulfatosódico). El 
monómero tiene una 
solubilidad muy limitada (pero 
finita) en el disolvente (por 
ejemplo, estireno en 
agua). 
Al principio, la mayor parte del monómero se encuentra en gotitas dispersas (de ahí el nombre de 
polimerización en emulsión). Una de las funciones del agente tensoactivo (aniónico) es ayudar a 
estabilizar estas gotitas mediante adsorción en la interfaz de la gota/agua. Sin embargo, parte del 
monómero sigue estando presente en la fase acuosa. 
 
En la fase acuosa, la mayor parte del agente tensoactivo está presente en forma de micelas, y, 
posteriormente, una parte del monómero se solubiliza en dichas micelas. 
Por lo tanto, el monómero está distribuido entre tres espacios distintos: las gotitas, la solución 
acuosa (cantidad reducida) y las micelas. El iniciador es soluble (y, por lo tanto, está presente) en la 
fase acuosa. Por lo tanto, en este caso, el locus inicial de la polimerización también es la solución 
acuosa (como sucede en la polimerización en emulsión), es decir, que éste es el primer monómero 
que se polimeriza. 
 
Las cadenas de radicales libres oligoméricas en crecimiento se comicelan con las micelas existentes 
del agente tensoactivo aniónico añadido. De este modo, las micelas se convierten en el locus 
principal de la polimerización, donde el monómero solubilizado se puede empezar a polimerizar. A 
medida que la polimerización (en las micelas) continúa, se forman partículas, igual que en la 
polimerización en emulsión, y la distribución del monómero se desplaza gradualmente hacia la 
derecha. La polimerización continúa en las partículas en crecimiento hasta que se agota todo el 
monómero en las gotitas y la solución libre. El tamaño de las partículas finales queda controlado 
por el número de micelas presente (es decir, la concentración 
inicial del agente tensoactivo). 
 
Polimerización en fase gaseosa 
En este tipo depolimerización, el monómero se introduce en la fase gaseosa, donde entra en 
contacto con el catalizador, depositado en una estructura sólida. Los procesos de fase gaseosa 
permiten eliminar fácilmente el calor de reacción, producen un bajo nivel de emisiones y residuos y 
no es necesario utilizar ningún disolvente adicional. Sin embargo, este tipo de procesos no se 
pueden emplear para todos los productos finales, y los costes de la inversión son relativamente 
altos, en parte a causa de la maquinaria de alta presión necesaria para la mayoría de los procesos. 
Actualmente, los procesos en fase gaseosa sólo se utilizan para producir poliolefinas: 
• Polietileno 
• Polipropileno. 
 
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Este proceso se suele utilizar en 
polimerizaciones de etileno y 
propileno, por ejemplo, de tipo 
Ziegler-Natta, en las cuales el 
catalizador se apoya en 
partículas inertes de sílice para 
que la reacción se produzca en 
la superficie. Este método 
permite controlar la 
estereoquímica (especialmente, 
en el caso del polipropileno 
isostático). 
Polimerización en solución 
En los procesos de polimerización en solución, la reacción química se produce en una solución del 
monómero en un disolvente. Este tipo de procesos ofrecen una buena transferencia del calor de 
reacción, una baja viscosidad de dispersión y poco ensuciamiento de las paredes del reactor. Sin 
embargo, también implican unas capacidades limitadas del reactor, costes elevados de separación y, 
con frecuencia, el uso de disolventes inflamables y/o tóxicos, además de trazas de disolvente, que 
contaminan el producto final. 
Los productos más habituales que se producen con procesos de polimerización en solución son: 
• Poliacrilonitrilo 
• Alcohol polivinílico 
• SBR 
• BR 
• EPDM 
• Polietileno. 
En la polimerización en solución se 
incluyen los siguientes elementos: 
monómero + iniciador + disolvente. 
Este método es el más adecuado para la 
polimerización de crecimiento en 
cadena. El disolvente contribuye a 
dispersar el calor y reduce el rápido 
aumento de la viscosidad en la mezcla de reacción. El polímero puede ser soluble o no en el 
disolvente. En caso de que no lo fuera (por ejemplo, estireno + metanol), el polímero se precipita de 
la solución (por encima de una masa molar crítica). 
 
 
 
 
 
 
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Conclusión 
Los polímeros son sustancias muy importantes debido a que pueden tener varios y muy diversos 
usos en la vida cotidiana. Los polímeros pueden ser descriptos como sustancias compuestas en las 
cuales se entremezclan varias moléculas de monómeros formando moléculas más pesadas y que 
pueden ser encontradas en diversos objetos y elementos naturales. Los polímeros pueden ser 
también artificiales o creados por el hombre cuando los polímeros naturales son transformados, 
ejemplos de esto son los textiles sintéticos como el nylon. 
La importancia de los polímeros reside especialmente en la variedad de utilidades que el ser 
humano le puede dar a estos compuestos. Así, los polímeros están presentes en muchos de los 
alimentos o materias primas que consumimos, pero también en los textiles (incluso pudiéndose 
convertir en polímeros sintéticos a partir de la transformación de otros), en la electricidad, en 
materiales utilizados para la construcción como el caucho, en el plástico y otros materiales 
cotidianos como el poliestireno, el polietileno, en productos químicos como el cloro, en la silicona, 
etc. Todos estos materiales son utilizados por diferentes razones ya que brindan propiedades 
distintas a cada uso: elasticidad, plasticidad, pueden ser adhesivos, resistencia al daño, etc. 
Bibliografía 
http://www.prtr-es.es/data/images/PRODUCCIÓN-DE-POLÍMEROS-1BDCAAE0950F2E40.pdf 
http://www.prtr-es.es/data/images/PRODUCCIÓN-DE-POLÍMEROS-1BDCAAE0950F2E40.pdf