polimerizacion en emulsion acuosa

POLIMERIZACION EN EMULSION ACUOSA
LIGANTES, ADHESIVOS Y COLAS
ANTORETICULANTES O NO RETICULANTES
CARLOS GALVEZ
GERENTE TECNICO INDUSQUIMICA DEL PERU
LIMA, 7 DE ABRIL DEL 2012
DEFINICION DE POLIMEROS
UN POLIMERO REPITE UNIDADES EN FORMA RELATIVAMENTE EQUIVALENTE EN DIFERENTES DIRECCIONES, SEGÚN LAS CONDICIONES PODEMOS ORIENTARLO
MONOMERO
ETILENO
POLIMERO
POLIETILENO
POLIMERIZACION
MECANISMOS:
METODOS:
• IONICO
‐ ANIONICO
‐ CATIONICO
• EN MASA
• SOLVENTE
• SUSPENSION
• EMULSION
• EMULSION INVERSA
• RADICAL LIBRE
‐ QUIMICO
‐ TERMICO
‐ FOTO
‐ RADIACION
POLIMEROS SINTETICOS DE EMULSION USADOS EN EL ESTAMPADO CON PIGMENTOS
‐ ACRILATOS
‐ VINIL ACRILATOS
‐ ESTIRENO ACRILATOS
‐ ESTIRENO BUTADIENICOS (SBR)
‐ ACRILONITRILO BUTADIENICOS (NITRILO)
¿QUE ES UN POLIMERO DE EMULSION ACUOSA?
PARTICULA DE POLIMERO ESTABILIZADO POR MEDIO DE LA ABSORCION DE UN SURFACTANTE PARTICULA DE POLIMERO ESTABILIZADO ANIONICO/NO IONICO DE CADENA ALQUILICA POR UN POLIMERO SURFACTANTE
ESTE ES UN SISTEMA EN EL CUAL LAS PARTICULAS COLOIDALES DEL POLIMERO ESTAN LIBREMENTE SUSPENDIDAS EN EL AGUA. ESTE ES EL RESULTADO DE TRES FASES DE REACCION DEL SISTEMA QUE CONSISTE EN:
1.
2.
3.
MONOMERO ( DISMINUYENDO DURANTE LA REACCIÓN)
AGUA CON CATALIZADOR Y EMULSIFICANTE
PARTICULAS DE POLIMERO (CRECIMIENTO EN TAMAÑO O NUMERO DURANTE LA REACCIÓN)
¿POR QUÉ UTILIZAR POLIMEROS EN EMULSION?
1. ALTA REACTIVIDAD: CADA PARTICULA ACTUA COMO UN MINI REACTOR
2. FACIL CONTROL DE LA TEMERATURA DEBIDO A SER UN SISTEMA ACUOSO
3. BAJO GRADO DE PELIGROSIDAD DEBIDO A SER SISTEMA ACUOSO
4. VERSATILIDAD DE FABRICACION: PUEDEN HACERSE EN LOTES, SISTEMA SEMICONTINUO, POLIMERIZACION CONTINUA, A BAJAS O ALTAS TEMPERATURAS
5. MUY ALTO PESO MOLECULAR
6. FACIL DE MEZCLAR CON OTROS POLIMEROS DE EMULSION O SISTEMAS ACUOSOS
7. FACIL DE MANIPULAR
8. FACIL DE LIMPIAR
9. FACIL DE DESECHAR
POLIMERIZACION POR EMULSION COMPONENTES TIPICOS
• MONOMEROS
‐ NO FUNCIONAL
‐ FUNCIONAL
• SURFACTANTES
‐ ANIONICOS
‐ NO INIONICOS
• INICIADORES
‐ CATALIZADORES
‐ ACTIVADORES
• POST ADITIVOS
‐AJUSTADORES DE PH
‐ ANTIESPUMANTES
‐ BIOCIDAS
‐ ANTIOXIDANTES
‐ OTROS
MODELO DE UNA PARTICULA DE EMULSION
COLOIDE PROTECTOR
AGUA
POLIMERO HIDROFILI
CO
POLÍMERO HIDRÓFOBO
EMULSIONANTE
COPOLIMERO
CAPA HIDRATADA
GRUPOS FUNCIONALE
S
DIAMETRO DE PARTICULA
PROPIEDADES DE LOS POLIMEROS DE EMULSION
FISICA
PARTICULARES DEL POLIMERO
• TG
• COLOR
• RESISTENCIA
• TACK O PEGAJOSIDAD
• DECOLORACION AL CALOR Y LUZ
• RESISTENCIA A LA ABRASION
• RESISTENCIA AL AGUA
• RESISTENCIA A LOS SOLVENTES
• EFECTO UMBRAL O DE ENTRADA
• RATIO DE CURADO
ESTAS PROPIEDADES CONTRIBUYEN AL DESEMPEÑO DEL •ADHESION
POLIMERO DURANTE LA APLICACIÓN Y USO
• SOLIDOS
• PH
• VISCOSIDAD
• DENSIDAD
• APARIENCIA
• TENSION SUPERFICIAL
• CARGA IONICA
• TAMAÑO DE PARTICULA
• ESTABILIDAD:
‐ MECANICA
‐ QUIMICA
‐ AL ALMACENAMIENTO
PROCESO DE POLIMERIZACION POR EMULSION
DISEÑO TIPICO DE INSTALACION
CONDENSADO
R
TANQUE DE COLOIDE
TANQUE DE ACTIVADOR
REA
C‐
TOR
TANQU
E DE MEZCL
A DE MONO
MEROS
AGUA
ALMACE
NAMIEN
TO DE COMON
OMERO
ALMACENA
MIENTO DE MONOMER
O
TANQUE DE CATALIZADOR
TANQUE DE POLIMERO EN ESPERA
VAPOR
PRINCIPALES MONOMEROS UTILIZADOS
POLIACRILATOS
METIL ACRILATO
ETIL ACRILATO
ACIDO METACRILICO
ACRILAMIDA
ACRILONITRILO
BUTIL ACRILATO
2‐ETIL HEXIL ACRILATO
POLIMERO TER‐
ACRILICO
POLIVINIL ‐ACRILATOS
VINIL ACETATO
COPOLIMERO DE POVINILACETATOBUTILACRI
LATO
BUTIL ACRILATO
COPOLIMERO DE VINIL ACETATO Y 2‐EHA
2‐ETILHEXIL ACRILATO
POLIESTIRENO ACRILATOS
ESTIREN
O
N‐BUTIL ACRILATO
COPOLIIMERO DE ESTIRENOBUTILACRILATO
POLIESTIRENO BUTADIENO
ESTIRENO
BUTADIEN
O
SBR CARBOXILATADO
EFECTOS DEL MONOMERO SOBRE LAS CARACTERÍSTICAS DEL POLÍMERO
CARACTERISTI
CA
ST
Y
BD
MA
MMA
EA
BA
AN
VA
MANO
DU
RO
SUAVE
DURO
DURO
SUAVE
SUAVE
DURO
DURO
RESISTENCIA
AL AGUA
B
B
R
R
R
B
B
R
RESISTENCIA AL SOLVENTE
M
M
B
E
B
R
E
M
RESISTENCIA A LA LUZ UV
R
M
E
E
R
B
R
R
RESISTENCIA AL CALOR
B
M
E
E
E
E
M
R
E= EXCELENTE
B= BUENO
R= REGULAR
FACTORES PREPONDERANTES
• RATIO DE MEZCLA DEL MONOMERO • RETICULACION DE MONOMEROS/ADITIVOS
• ADITIVOS AUXILIARES
M= MALO
SELECCIÓN DE LOS COMONOMEROS
LOS COMONOMEROS SON GENERALMENTE SELECCIONADOS POR LOS SIGUIENTES EFECTOS EN LAS PROPIEDADES DE LA PELICULA DEL POLIMERO
• FLEXIBILIDAD
• FUERZA Y RESISTENCIA A LA FATIGA
• DURABILIDAD
• PEGAJOSIDAD SUPERFICIAL
• ADHESION
• RESISTENCIA AL AGUA
• RESISTENCIA AL SOLVENTE
TIPO DE POLIMEROS VS CARACTERISTICAS
ACRILICO
VINA‐
CRILICO
ST‐ACRILICO
SBR
NITRILO
SUAVIDAD
B‐E
B
B
B
B
CLARIDAD
B‐E
B
B‐E
B
B
RESISTENCIA A LA ABRASION
B
B
B
B‐E
B‐E
RESISTENCIA
AL AGUA
B‐E
B
E
E
B
RESISTENCIA AL SOLVENTE
B
R‐B
B
R‐B
B
RESISTENCIA A LA LUZ E
E
E
R‐B
R‐B
RESISTENCIA AL CALOR
E
R‐B
E
R‐B
R
E= EXCELENTE
B= BUENO
R= REGULAR
M= MALO
FACTORES PREPONDERANTES:
• COMPOSICION PRIMARIA / RATIO DEL MONOMERO
• FUNCIONALIDAD / RETICULACION DE LOS MONOMEROS
• ADITIVOS “NITRILO”
POLIACRILONITRILO – BUTADIENO
(NITRILO)
ACRILONITRILO
BUTADIENO
“NITRILO”
ESTRUCTURA DE RED DE UN POLIMERO
POLIMERO LINEAL
POLIMERO RETICULADO O ENTRECRUZADO
‐CAMBIO MINIMO EN EL TACTO DEL MATERIAL TEXTIL
‐AUMENTO SIGNIFICATIVO DEL DESEMPEÑO ENTRE OTRAS PROPIEDADES: LA RESISTENCIA AL AGUA, SOLVENTE Y CALOR
ENTRECRUZAMIENTO
CAMBIOS FISICO QUIMICOS:
• INCREMENTO DEL PESO MOLECULAR
‐ REACCION INTERMOLECULAR
‐ REACCION INTRAMOLECULAR
• REDUCCION DE LA MOVILIDAD EN LA CADENA O SEGMENTO
CAMBIOS EN EL DESEMPEÑO O PERFOMANCE DEL POLIMERO:
• AUMENTO DE LA RESISTENCIA A SOLVENTES Y AGUA
• AUMENTO DE LA RESISTENCIA A ACIDOS Y ALCALIS Y EN GENERAL A ELEMENTOS QUIMCOS
•AUMENTO DE LA FUERZA DE COHESION:
‐ RESISTENCIA A LA ABRASION
‐ MEJOR DESEMPEÑO EN GENERAL ‐ RESISTENCIA ALA TENSION
• REDUCCION DE LA FLEXIBILIDAD
• REDUCCION DEL TACK O PEGAJOSIDAD
MONOMEROS DE ENTRECRUZAMIENTO O RETICULACION
ACIDOS CARBOXILICOS
ACRILAMIDA
N‐METILOL ACRILAMIDA
ACIDO ACRILICO
ACIDO METACRILICO
ACIDO FUMARICO
HIDROXI ETIL ACRILATO
MONOMEROS DE ENTRECRUZAMIENTO DE TIPO ACRILATOS MULTIFUNCIONALES
TRIMETILOLPROPANO TRIACRILATO (TMPTA)
1.6 HEXANODIOL DIACRILATO (HDODA)
GLICIDIL METACRILATO
MONOMERO DE ENTRECRUZAMIENTO DE TIPO N‐METILOL ACRILAMIDA
EL ENLACE ETER PUEDE OCURRIR A TEMPERATURA DE CAMARA. SE NECESITA APROXIMAR LOS GRUPOS OH CALOR
ACIDO
, H+
ENLACE METILEN‐
BIS AMIDA
ENLAZADORES SBR CARBOXILADOS
SBR
SEGMENTO DE ACIDO ITACONICO
EL BUTADIENO REACCIONA DE PREFERENCIA EN POSICION 1,2 CON EL ACIDO ITACONICO
RETICULACION CARBOXIL‐CARBOXIL
RETICULACION HIDROXIL CARBOXIL
ENLACE H
ENLACE H
O A ALTA TEMPERATURA
ENLACE ESTER
RETICULACION EXPOXY CARBOXILICA
GLICIDIL METACRILATO
NORMALMENTE CATALIZADO RAPIDAMENTE VIA AMINA
QUIMICA DE ESPESANTES
1.
VARSOL + EMULSIONANTES (ANTI‐ECOLOGICO) DA LIGERO BRILLO, MEJOR SECADO
2.
POLIMEROS DE EMULSION:
SON GENERALMENTE POLIMEROS DE ACIDO CARBOXILICO O ANHIDRIDO DE ACIDO MALEICO:
SON DE TIPO ACIDO QUE NECESITAN ESPESARSE POR MEDIO ALCALINO PARA NEUTRALIZARSE, PESO MOLECULAR ALREDEDOR DE 450,000 A 4’000,000 DE ESTA MANERA SE LLEGA A PH 7‐9
FORMAS:

SOLIDOS

SOLUCIONES

DISPERSIONES LIQUIDAS

EMULSIONES

POLVO SECO O MASA
VENTAJAS DE LOS ESPESANTES ACTUALES:
1. VISCOSIDAD Y FLUIDEZ DE ACUERDO A TONO, IGUALACION, PENETRACION Y METODO DE ESTAMPACION.
2. ESTABLE A ELECTROLITOS.
3. ADHESION Y REMOCION POSTERIOR.
4. BUEN EFECTO RESPECTO A LA INTENSIDAD DE COLOR.
5. BUENA REOLOGIA.
6. EFECTO EN SOLIDEZ.
TIPOS DE FIJADOR MELAMINICO
TRIMETOXIMETIL MELAMINA HEXAMETOXIMETILMELAMINA
RETICULACION EXTERNA
RETICULACION AMINOPLATICA CARBOXILICA
Trimetilol melamina
Polímero carboxilado
Hexametoximetilmelamina
Enlace Ester metileno