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ABS: Copolímeros acrilonitrilo-butadieno-estireno
Los Copolímeros acrilonitrilo-butadieno-estireno, o también llamados comercialmente como Copolímeros ABS, son también muy conocidos mundialmente debido a las propiedades tanto químicas como físicas que proporciona cada uno de los polímeros tras su copolimerización. Su estructura molecular puede observarse en la Figura 1:
Figura 1. Estructura molecular copolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS)
Existen principalmente dos procesos para su fabricación: en emulsión y en masa, siendo el proceso en emulsión el más utilizado comercialmente. A continuación se explica el proceso en emulsión para su obtención.
En primer lugar se introduce el butadieno en un reactor tipo batch y se produce la polimerización de éste. En este reactor se produce un látex de caucho que posteriormente añadido a un segundo reactor donde se introduce y polimeriza el estireno y el acrolonitrilo produce lo que se llama látex ABS.
Consecutivamente, este látex ABS pasa por diferentes etapas donde en la primera se produce su coagulación. Esta coagulación se realiza a elevadas temperaturas y mediante la adición de NaCl. Después se filtra con agua de lavado para eliminar las posibles impurezas e inherentes y es secado mediante un proceso con aire caliente para producir y poder empaquetar para su posterior venta el llamado copolímero ABS.
Como dato adicional, destacar que la producción de este tipo de copolímero requiere un aporte mayor de energía que el resto de procesos de los que se ha hablado. Esto es debido a que se requiere mucha energía para la recuperación del polímero.
Entre las propiedades que tiene dicho copolímero, destacar en primer lugar las características que proporciona cada polímero por separado, para después sintetizar las propiedades que aporta tras su combinación. El acrilonitrilo por sí solo proporciona: elevada resistencia térmica y a la fatiga, elevada resistencia química, dureza y rigidez.
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SBR: Copolímeros estireno-butadieno
Estos copolímeros son más conocidos como Caucho SBR. Actualmente es el caucho sintético mas utilizado. Su estructura molecular se puede apreciar en la Figura 1.
Figura 1. Fórmula molecular del SBR
Este tipo de Copolímero puede ser fabricado mediante dos tipos de vías:
- Emulsión en frío. Proceso en el que la polimerización se lleva a cabo a baja temperatura y en agua.
- Polimerización en solución aniónica.
a) Emulsión en Frío
Actualmente se puede decir que es la técnica más usada para la producción de este tipo de copolímeros. El proceso de emulsión en frío consta de 4 etapas diferenciadas, donde va desde la preparación de los reactivos o materia prima, pasando por los procesos de polimerización y recuperación de los monómeros, para por último llegar a la fase de coagulación y secado donde se obtiene el copolímero o la goma propiamente dicha. Pasemos a describir más detalladamente cada una de las fases en las que consta el proceso de emulsión en frío:
a.1) Preparación de Reactivos
En esta primera fase o proceso, los monómeros deben de ser tratados para eliminar todo aquella sustancia o producto químico utilizado para el almacenamiento y transporte de dichos monómeros.
Posteriormente, los dos monómeros se suelen mezclar en proporciones en peso de butadieno-estireno de 3-1. Con esta relación se consigue unas propiedades óptimas.
a.2) Reacción de Polimerización
La polimerización transcurre en una serie de reactores agitados en serie. El flujo va pasando de reactor en reactor donde se va desarrollando la reacción química.
En todas las reacciones de polimerización, en la fase final hay que añadir una solución para detener el continuo avance de la reacción. En este caso, para detener la reacción se introduce una solución de C12H26S en el reactor final para detener la polimerización.
a.3) Recuperación de Monómeros
En esta fase, se recupera los monómeros que no han reaccionado en la anterior fase. Se recuperan y se reciclan para ser usados posteriormente.
a.4) Coagulación y posterior Secado
El producto resultante de la reacción de polimerización y libre de inhibidores es enfriado posteriormente para que se produzca su coagulación. Se almacena en tanques de homogenización y por último, el polímero producido que contendrá aproximadamente entre el 45-55% de H20, es secado y prensado en sacos para su posterior venta.
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Hola queridos lectores y lectoras de tan magnífico blog. Llevaba tiempo sin escribir aquí después de la exitosa serie “El valor de lo que sobra”, sobre la reducción y tratamiento de residuos.
Esta vez voy a cambiar por completo de tema para volver a algo que puede ser de utilidad a muchos. No hace mucho que dejé de ser estudiante para pasar a trabajar. Sí, sí: trabajar. En una planta química, como ingeniero, en algo interesante y enriquecedor. Soy afortunado, lo sé. Pero me atrevo a decir que también puedo tener algo de mérito en esto de haberlo conseguido. Y aún me atrevo más para contaros un poco mi experiencia en ese paso de ser contratado y qué cosas creo que fueron críticas para conseguirlo.
Sí, es un artículo muy personal y será difícil sacar conclusiones generales, pero más que aleccionar, quiero transmitir algo de esperanza a quien nos lea. Es difícil, pero aún hay puestos vacantes.
Creo que la situación general es que, teniendo en cuenta todas las noticias sobre crisis, paro (sobre todo juvenil) y demás lindezas, el ingeniero químico novato se sienta ansioso sobre su futuro incluso antes de terminar la carrera. Tranquilos, a muchos nos pasa.
Primero, tened paciencia. Es difícil, pero mentalizaos de que sois jóvenes y de que aún tenéis mucho tiempo por delante y mucho por decidir.
La ansiedad se multiplica si no sabéis a qué queréis dedicaros. Tranquilos, a muchos nos pasa. Un examen mínimo del mercado laboral o las profesiones de un ingeniero químico os abrirá los ojos: los trabajos que podemos realizar son increíblemente variados y específicos. Es muy probable que muchos no tengan nada que ver con la mayoría de lo que habéis estudiado: ni destilaciones, ni equilibrios, ni reacciones químicas… Servicio técnico, diseño de materiales, control de procesos, líder de proyectos, control de políticas medioambientales, de higiene o seguridad; polímeros, alimentación, reciclaje, farmacia, hidrocarburos… ¡Imaginad todas las combinaciones posibles!
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Un copolímero es una macromolécula compuesta por dos o más monómeros, es decir, unidades repetitivas distintas que se pueden unir de diferentes formas por medio de enlaces químicos. Los monómeros pueden distribuirse de forma periódica o aleatoria.
El estireno es un hidrocarburo aromático cuya fórmula es C8H8. Este hidrocarburo puede formar copolímeros con una gran variedad de monómeros, lo que amplia notablemente el uso y aplicaciones de este monómero.
En la Tabla 1 se puede observar las uniones de los diferentes monómeros para dar el correspondiente copolímero junto con su nombre comercial:
|
MONÓMEROS |
COPOLÍMERO |
|
Estireno + Acrilonitrilo |
SAN |
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Estireno + Butadieno |
SBR |
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Estireno + Acrilonitrilo + Butadieno |
ABS |
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Estireno + Metacrilato de metilo |
SMMA |
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Estireno + Anhídrido maléico |
SMA |
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Estireno + Divinilbenceno |
SDVB |
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Estireno + α-metilestireno |
SAMS |
Tabla 1. Diferentes Copolímeros del Estireno. [Elaboración Propia]
SAN: Copolímeros estireno-acrilonitrilo
La producción de SAN a nivel mundial, representa únicamente el 1% del mercado de los estirenos, encabezado por el poliestireno (50 %), el caucho SBR (15 %) y el ABS (11 %).
La producción europea de SAN oscila alrededor de las 67.000 t anuales repartidas entre Basf, Dow, Enichem, Monsanto y Repsol. Se calcula que la producción de SAN tiene un crecimiento anual aproximado del orden del 2%.
Obtención
La composición más habitual del SAN es de 65 a 80 % de estireno, y el resto de acrilonitrilo. Dependiendo de éstas proporciones cambiarán las características finales del producto. Su estructura molecular es la siguiente:
Figura 1. Estructura molecular del SAN
El SAN se obtiene mezclando en un reactor estireno y acrilonitrilo, utilizando como catalizador peróxido de benzoilo y calentado a una temperatura aproximada de 60 ºC. La reacción presenta un punto azeotrópico para una composición de 76% p/p de estireno, por este motivo la síntesis se lleva a cabo en la composición de dicho punto.
La polimerización puede obtenerse mediante dos procesos: suspensión o emulsión.
a) Polimerización en suspensión
La polimerización se realiza en agua. El monómero y el polímero que se obtienen son insolubles en agua, por lo que se obtiene una suspensión. Para evitar que el polímero se aglomere en el reactor, se disuelve en el agua una pequeña cantidad de alcohol polivinílico, el cual cubre la superficie de las gotitas del polímero y evita que se peguen.
b) Polimerización en emulsión
La reacción también se produce en agua, pero en lugar de añadir un agente de suspensión como el alcohol polivinílico, se agrega un emulsificante que puede ser un detergente o jabón.
Los monómeros forman gotitas de tamaño microscópicos que quedan estabilizadas por el jabón durante todo el proceso de polimerización, y que acaban formando un látex de aspecto lechoso, del cual se hace precipitar el polímero rompiendo la emulsión. Posteriormente se somete el polímero a un proceso de lavado para eliminar los restos del emulsificante.
Propiedades
En la formación del “SAN” el estireno aporta:
- Dureza
- Facilidad de Procesado
- Brillo
El acrilonitrilo aporta:
- Resistencia Química
- Resistencia Térmica
- Resistencia a la Fatiga y al Impacto
- Dureza
En general, las propiedades que se aportan son:
- Tiene buena resistencia a los aceites lubricantes, a las grasas y a las gasolinas
- Termoplástico
- Cristalino
- Mejores propiedades de impacto, tensión y flexión, que los homopolímeros del estireno
- Es transparente, de estructura amorfa y fácilmente procesable. Pueden utilizarse cualquier tipo de tratamiento mecánico para su manufactura
- No es atacado químicamente por el agua
- Tiene gran brillo superficial
- Presenta muy baja absorción de agua
- Bajo costo de fabricación y fácil proceso
- Muy buena resistencia térmica
Aplicaciones
Entre sus principales aplicaciones destaca en envoltorios y recipientes de alimentos, puesto que sus propiedades presentan una excelente barrera contra la humedad y el CO2; la fabricación de artículos para el hogar (cafeteras, licuadoras…); los cosméticos y productos farmacéuticos; los equipos de diálisis desechables; los artículos decorativos varios como termos, vajillas, encendedores, etc. Destacar que fue originalmente utilizado en las ópticas de los automóviles de gran calidad y en accesorios internos de los mismos.
