Este documento describe la polimerización por emulsión, un tipo de polimerización radical que comienza con la incorporación de una emulsión de agua, monómero y surfactante. Se utiliza para fabricar polímeros comercialmente importantes como látexes para adhesivos y pinturas. Ventajas incluyen alta velocidad de polimerización y baja viscosidad, mientras que desventajas son costos de separación y posible transferencia de cadena. El documento también resume técnicas de polimerización en masa, suspensión y soluc
1. POLIMERIZACIÓN EN EMULSIÓN.
GRUPO 01
KATHERIN BERRIO MONA.
EUNICE LEON RODEÑO.
LEONARDO PEREZ RIOS.
Docente:
JHOMAN ARIAS.
CIENCIAS DE LOS MATETIALES ll
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERIA
MEDELLIN (COL)
2. POLIMERIZACIÓN EN EMULSIÓN.
Objetivos:
Reconocer el tipo de polimerización por emulsión.
Entender la importancia de la polimerización por emulsión en la industria, ya
que esta se utiliza para la fabricación de varios polímeros comercialmente
importantes.
Encontrar las aplicaciones más singulares de estas emulsiones, como en
adhesivos, pinturas.
Resaltar este tipo de polimerización que se da por radicales, que por lo
general comienza con la incorporación de una emulsión de agua,
monómero, y el surfactante.
3. Fundamentación teórica.
Polimerizaciones en emulsión se han utilizado en el proceso por lotes, semi-
discontinuo, y procesos continuos. La elección depende de las propiedades
deseadas en el polímero final o dispersión y en la economía del producto.
Modernos sistemas de control de procesos han permitido el desarrollo de
procesos de reacción complejas, con ingredientes tales como iniciador,
monómero, y el agente tensioactivo añadido al comienzo, durante o al final de la
reacción
La polimerización en emulsión es un tipo de polimerización por radicales que por
lo general comienza con la incorporación de una emulsión de agua, monómero, y
el surfactante. El tipo más común de polimerización en emulsión es una emulsión
de aceite en agua, en la que las gotitas de monómero se emulsionan en una fase
continua de agua. Polímeros solubles en agua, tales como ciertos alcoholes
polivinílicos o celulosas de hidroxietilo, también se pueden usar para actuar como
emulsionantes/estabilizadores.
La polimerización en emulsión se utiliza para la fabricación de varios polímeros
comercialmente importantes. Muchos de estos polímeros se utilizan como
materiales sólidos y debe estar aislada de la dispersión acuosa después de la
polimerización. En otros casos, la propia dispersión es el producto final. Una
dispersión resultante de la polimerización en emulsión es a menudo llamado un
látex o una emulsión. Estas emulsiones encuentran aplicaciones en adhesivos,
pinturas, recubrimientos de papel y revestimientos textiles
Ventajas de la polimerización en emulsión:
Polímeros de alto peso molecular se pueden hacer en las velocidades de
polimerización rápidos. Por el contrario, en masa y en solución
polimerización por radicales libres, hay un equilibrio entre el peso molecular
y la velocidad de polimerización.
Dado que las moléculas de polímero están contenidas dentro de las
partículas, la viscosidad del medio de reacción se mantiene próxima a la del
agua y no depende del peso molecular.
El producto final puede ser utilizado como es y no es necesario realizar en
general alterado o procesado.
Desventajas de la polimerización en emulsión:
Polimerizaciones en emulsión generalmente están diseñados para
funcionar a una alta conversión de monómero a polímero. Esto puede dar
lugar a transferencia de cadena significativa de polímero.
4. Diagrama de flujo.
Disolver en Erlenmeyer
Homogeneizar 10 min, añadir.
Llevar al reactor 3 bocas som
Adicionar
Extraer
Adicionar
Procedimiento:
Se inicia la práctica con una corta exposición del docente a cargo, con el objetivo
de complementar el marco teórico y dar inicio al segmento práctico, se define
entonces algunos aspectos importantes de la práctica, y se resuelven inquietudes
acerca del proceso a realizar, parte del procedimiento es realizado como trabajo
previo del monitor de laboratorio a cargo.
Se definen parámetros para realizar la práctica, se nombran personas a cargo
para suplir las tareas necesarias durante el proceso, como condiciones se tiene
Polimerización en emulsión.
2gr de dodecilsulfato de sodio
en 40mL de agua.
40gr de monómero de
estireno, homogeneizar la
mezcla 10 min
Aumentar la temperatura
hasta 60°C
Solución de persulfato de potasio,
(0.4 g disueltos en 10 mL de agua)
Extraer 2mL de muestra cada 7
minutos.
2 gotas de inhibidor a la
alícuota extraída.
5. entonces tomar una muestra cada 7 minutos, en total se toman 4 muestras, se da
fin a la práctica.
Datos experimentales y resultados.
El aumento de temperatura se realiza mediante una línea completa de fluidos, en
este caso es un baño en aceite de silicona.
N° muestra Peso húmedo
gr
Peso seco gr Temperatura °C Peso vidrio
reloj
1 35.1530 33.15 75 33.04
2 14.44 13.61 96 13.15
3 15.27 13.85 91 12.96
4 15.51 14.22 84 13.41
Cálculos.
1) Porcentaje teórico de solidos
%𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 =
peso(g) 𝑚𝑜𝑛𝑜𝑚𝑒𝑟𝑜
peso(g) 𝑚𝑜𝑛𝑜𝑚𝑒𝑟𝑜 + 𝑝𝑒𝑠𝑜( 𝑔) 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
(100%)
%𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 =
40
40+52.4
(100%)= 43.29%
2) Porcentaje de sólido para cada una de las muestras.
%𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 =
peso(g)muestra seca
peso(g)muestra humeda
(100%)
Muestra 1° %𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 =
0.11
2.113
(100%)= 5.20
Muestra 2° %𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 =
0.46
1.29
(100%)= 35.65%
6. Muestra numero 3° %𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 =
0.89
2.31
(100%)=35.65
Muestra numero 4° %𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 =
0.81
2.1
(100%) = 38.57
3) conversión de la reacción en los diferentes tiempos
%𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 =
%solido experimental
%solido teorico
(100%)
Muestra numero 1°=
5.20
43.29
(100%)=12.01
Muestra numero 2°=
35.65
43.29
(100%)=82.35
Muestra numero 3°=
38.52
43.29
(100%)=88.98
Muestra numero 4°
38.578
43 .29
(100%)=89.09
4) Grafica porcentaje de conversión Vs tiempo.
Análisis de resultados.
0
5
10
15
20
25
30
12.01 82.35 88.98 89.09
Tiempo
Tiempo
7. Se puede determinar entonces, que la humedad en cada una de las muestras
representa un porcentaje de su peso importante, además la determinación del
solido experimental vs el sólido teórico, nos muestras unas cifras significantes que
nos da a pensar que el procedimiento experimental no fue muy eficiente, y hubo
perdida en el resultado final.
Se toman 4 muestras en total con un lapso de tiempo de aproximadamente 7
minutos, con una gran probabilidad de que la muestra numero 1° presente algún
error, se piensa esto por los datos cuantitativos de esta muestra, las muestras
3°,4° presentan gran similitud en los resultados.
Cuestionario.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas del proceso de polimerización por
emulsión?
Ventajas:
Baja viscosidad de la dispersión comparada con la masa
Buena transferencia de calor
Alta velocidad de polimerización y altos pesos moleculares
Aplicación directa de látex
Desventajas:
Altos costos de separación en caso de aislamiento del polímero
Problemas con el agua de desecho
Ensuciamiento del muro del reactor por formación de película
Emulsificador como impureza del producto polimérico.
La polimerización por emulsión no tiene grandes aplicaciones en la fabricación de
plásticos sólidos. Puesto que en la práctica no resulta comercial eliminar por
completo los agentes emulsificantes
Los polímeros producidos por emulsión tienen características inferiores de
transparencia, color, estabilidad térmica y propiedades eléctricas, con respecto a
los productos obtenidos mediante otros procesos.
Además, el costo de la fabricación de un polímero granulado y seco a partir de un
látex, es considerablemente mayor que la polimerización en masa o suspensión
El equipo de polimerización por emulsión se basa casi siempre en reactores
vidriados, pues la deposición o formación de incrustaciones del polímero sobre los
metales suele ser muy severa.
8. Cite varios ejemplos de polímeros obtenidos mediante polimerización por
emulsión.
Látex Los látex se utilizan en un sinnúmero de aplicaciones entre las cuales
podemos mencionar las siguientes:
Adhesivos, pinturas, recubrimiento de papel y de alfombras, pegamentos para
telas, tintas de impresión, productos de caucho, reforzamiento de cemento y en
materiales para pruebas inmunodiagnósticas
Se pueden obtener látex con diferentes monómeros o con mezclas de monómeros
(copolímeros).
Como ejemplo de látex formados por un homopolímero se tiene el de poli(acetato
de vinilo), PVA, el cual es uno de los materiales más utilizados en la formulación
de pinturas.
El látex de PVA también encuentra un gran mercado en las formulaciones de
adhesivos y también se utiliza con otros ingredientes como
Recubrimiento de papel y textiles para darles un acabado brilloso.
Describa en que consiste, las ventajas y desventajas de las técnicas de
polimerización en masa, suspensión y solución
En Masa
Polimerización en ausencia de solvente inerte o medio de dispersión
Ventajas
El proceso en masa tiene la ventaja de admitir un bajo nivel de impurezas.
Además es posible bajo ciertas condiciones realizar la polimerización por
moldes.
Alto funcionamiento del reactor
Bajos costos de separación
Alta pureza del producto
No hay reacciones de transferencia hacia solventes o aditivos.
Desventajas
Alta viscosidad con problemas de eliminación de calor y mezclado
Problemas de bombeo
Ensuciamiento de la pared del reactor por formación de película
9. Solución
Polimerización de monómeros disueltos en un solvente inerte.
Ventajas
El principal valor de los polímeros obtenidos por este medio es que por no
necesitar el proceso el agregado de tensoactivos, se obtienen resinas que
dan lacas muy transparentes.
Viscosidad más baja que en masa con mejor transferencia de calor y
mezclado
Aplicación directa de la solución
Desventajas
Menor ensuciamiento de la pared del reactor que en masa.
Capacidad del reactor más pequeña que para masa
Altos costos de separación en caso de aislamiento del polímero
A menudo solventes tóxicos e inflamables
Reacciones de transferencia al solvente y bajos pesos moleculares
La producción de estos materiales es cara y el precio de venta de los mismos
puede ser tres o cuatro veces el precio de un homopolímero normal. Se usa casi
exclusivamente para la preparación de copolímeros de cloruro de vinilo con
acetato de vinilo.
Suspensión
Polimerización de gotitas de monómero dispersas en una fase inerte con un
iniciador del monómero soluble o precipitación del polímero a partir de una
solución de monómero polimerizado.
Ventajas
Utilizan un agente tal como el alcohol polivinílico u óxidos inorgánicos como
el óxido de zinc para estabilizar las partículas poliméricas crecientes que se
forman al unirse muchas partículas. La generación de partículas produce
entonces esencialmente un sistema de partículas de relativa baja
viscosidad, lo cual es deseable
Se convierte todo el monómero en polímero, entonces su separación se
convierte en un simple proceso de filtración separando la molécula
10. polimérica final del medio acuoso. Muchos polímeros importantes se
fabrican por procesos en suspensión, por ejemplo el PVC y el poliestireno
Desventajas
Se requiere agitar muy cuidadosamente, en especial al inicio de la reacción.
Se debe enfrentar la posibilidad de que las partículas poliméricas crecientes
tenderán a juntarse en lugar de permanecer como pequeñas partículas
discretas separadas.
Al final de la reacción se tiene que aceptar el hecho de que el polímero
contendrá una pequeña cantidad residual de agente de suspensión.
11. Conclusiones.
Se pudo determinar la polimerización por emulsión, como una técnica muy
utilizada en la industria debido a su propiedad de reacción rápida.
Se hace la aclaración acerca del surfactante, como una sustancia que
posee dos extremos de distinta solubilidad.
Se determina el tipo de materiales a conformar, por medio de esta técnica.
